针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法技术

本发明专利技术属于边坡稳定性分析技术领域，公开了针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法；根据S型沟槽填方场地地形特征，将滑坡体划分不同主滑方向的直滑段，中间设置转折段进行连接转换；根据场地勘察资料确定坡体稳定性计算参数；进行迭代计算得到边坡整体稳定性系数。本发明专利技术将相邻直滑段之间的转折段离散成四棱柱和三棱柱单元条块，根据所有的单元条块角点坐标值，用最小二乘法将转折段底滑面拟合成一个平面，考虑坡体的边界效应，根据条块底滑面的几何特性进行转折段静力平衡分析，实现将上一直滑段下滑力进行方向转换后传递至下一直滑段，运用不平衡推力法计算出整个边坡的稳定性系数；该方法具有较强的工程实用性。

Limit Equilibrium Analysis Method for Slope Stability of S-type Groove Filling Site

The invention belongs to the field of slope stability analysis technology, and discloses the limit equilibrium analysis method for slope stability of S-type groove filling site; divides the landslide body into straight sliding sections with different main sliding directions according to the topographic characteristics of S-type groove filling site, and sets turning sections in the middle for connection conversion; determines the calculation parameters of slope stability according to site survey data; The overall stability coefficient of the slope is obtained. The turning section between adjacent straight sliding sections is discretized into four-prism and three-prism elements. According to the coordinate values of all elements, the bottom sliding surface of the turning section is fitted into a plane by least square method. Considering the boundary effect of the slope, the static equilibrium analysis of the turning section is carried out according to the geometric characteristics of the bottom sliding surface of the strip, so as to realize the directional rotation of the sliding force of the upper straight sliding section and the lower sliding surface of the strip. The stability coefficient of the whole slope is calculated by using the unbalanced thrust method, which is transmitted to the next sliding section. This method has strong engineering practicability.

【技术实现步骤摘要】
针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法
本专利技术属于边坡稳定性分析
，尤其涉及针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：边坡稳定性分析方法的研究现状得出，现有的边坡稳定性分析方法多假设滑坡体为只有一个滑动方向的整体，适用于在空间上对称的边坡，不适用于在不同滑坡段滑动方向发生变化的S型沟槽填方场地边坡；S型滑坡在不同滑动段有不同的滑动方向，现有的计算方法主要是针对只有一个滑动方向即不受侧向约束的滑坡整体，没有考虑到不同滑动方向的滑坡段在转折段处的转换问题，与S型沟槽填方场地边坡的实际情况有较大差距，解决难度在于如何针对滑动方向不同的多个滑坡段统一进行稳定性分析。综上所述，现有技术存在的问题是：S型滑坡在不同滑动段有不同的滑动方向，现有的计算方法主要是针对只有一个滑动方向即不受侧向约束的滑坡整体，没有考虑到不同滑动方向的滑坡段在转折段处的转换问题，与S型沟槽填方场地边坡的实际情况有较大差距，解决难度在于如何针对滑动方向不同的多个滑坡段统一进行稳定性分析。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法。本专利技术是这样实现的，针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，具体包括以下步骤：步骤一：根据S型沟槽填方场地地形特征，将滑坡体划分为多个具有不同主滑方向的直滑段，中间设置转折段进行连接转换；步骤二：对直滑段条块、转折段进行受力分析，得到条块的受力情况和转折段的传力方向转换；步骤三：根据场地勘察资料确定坡体稳定性计算参数，建立条块的下滑力平衡方程；步骤四：基于所有滑坡段满足静力平衡条件，所求得的几何参数、土体参数等代入条块的下滑力平衡方程中，进行迭代计算，得到边坡整体稳定性系数。进一步，步骤一中，依据滑动方向的不同与精度要求将边坡划分为多个直滑段，每两个相邻直滑段之间为转折段。进一步，步骤一中，直滑段按坡底折线划分为不同条块，转折段根据坡底地形拟合为三棱柱体。进一步，步骤三中，稳定性计算参数为直滑段与转折段的几何参数，直滑段的几何参数是该直滑段条块的底滑面与水平面的倾角及滑动面长度。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术拓展了传统的三维极限平衡法求边坡稳定性只考虑一个滑动方向的思路，针对S型沟槽填方场地特征，将S型沟槽划分为多个具有不同主滑方向的直滑段，将相邻直滑段之间的转折段离散成四棱柱和三棱柱单元条块，根据所有的单元条块角点坐标值，用最小二乘法将转折段底滑面拟合成一个平面，考虑坡体的边界效应，根据条块底滑面的几何特性进行转折段静力平衡分析，实现将上一直滑段下滑力进行方向转换后传递至下一直滑段，最终运用不平衡推力法通过迭代计算出整个边坡的稳定性系数；该方法具有较强的工程实用性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法示意图。图2是本专利技术实施例提供的滑坡工程简图。图3是本专利技术实施例提供的滑坡工程划分直滑段与转折段示意图。图4是本专利技术实施例提供的转折段底滑面离散成单元格后的单元格角点示意图。图5是本专利技术实施例提供的转折段底滑面的单元格角点散点示意图。图6是本专利技术实施例提供的转折段底滑面拟合后所在平面的平面示意图。图7是本专利技术实施例提供的投影到转折段底滑面拟合平面形成三个投影点示意图。图8是本专利技术实施例提供的拟合后的转折段底滑面示意图。图9是本专利技术实施例提供的三棱体受力分析示意图。图10是本专利技术实施例提供的整个滑坡段划分直滑段示意图。图11是本专利技术实施例提供的滑坡段底滑面的倾角变化划分的条块示意图。图12是本专利技术实施例提供的第n个滑坡段m个条块的受力分析图。图13是本专利技术实施例提供的转折段滑坡体受力分析图。图14是本专利技术实施例提供的工程场地平面图。图15是本专利技术实施例提供的利用midasGTSNX软生成的包含地层和地形信息的滑坡体曲面图。图16是本专利技术实施例提供的利用midasGTSNX软件对转折段滑坡体进行网格划分示意图。图17是本专利技术实施例提供的根据主滑方向划分的不同滑坡段剖面示意图。图18是本专利技术实施例提供的转折段1底滑面离散后的单元格角点散点图。图19是本专利技术实施例提供的转折段1底滑面的拟合平面示意图。图20是本专利技术实施例提供的计算流程图。图21是本专利技术实施例提供的针对S型沟槽填方边坡稳定性的三维极限平衡分析方法原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了解现有技术问题，本专利技术提出了针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法。下面结合附图对本专利技术的应用原理进行进一步详细说明；如图1所示，本专利技术实施例提供的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，具体包括以下步骤：S101：根据S型沟槽填方场地地形特征，将滑坡体划分为多个具有不同主滑方向的直滑段，中间设置转折段进行连接转换；S102：对直滑段条块、转折段进行受力分析，得到条块的受力情况和转折段的传力方向转换；S103：根据场地勘察资料确定坡体稳定性计算参数，建立条块的下滑力平衡方程；S104：基于所有滑坡段满足静力平衡条件，所求得的几何参数、土体参数等代入条块的下滑力平衡方程中，进行迭代计算，得到边坡整体稳定性系数。步骤S101中，本专利技术实施例提供的依据滑动方向的不同与精度要求将边坡划分为多个直滑段，每两个相邻直滑段之间为转折段。步骤S101中，本专利技术实施例提供的直滑段按坡底折线划分为不同条块，转折段根据坡底地形拟合为三棱柱体。步骤S103中，本专利技术实施例提供的稳定性计算参数为直滑段与转折段的几何参数，直滑段的几何参数是该直滑段条块的底滑面与水平面的倾角及滑动面长度。如图2所示，本专利技术实施例提供的滑坡工程简图。本法所提供的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法所应用的滑坡工程简图。下面结合具体实施例对本专利技术的应用原理进行进一步详细说明；实施例1；本专利技术实施例提供的针对S型沟槽填方边坡稳定性的三维极限平衡分析方法，具体包括：(1)划分直滑段和转折段。依据滑动方向的不同与精度要求将边坡划分为多个直滑段，每两个相邻直滑段之间为转折段；如图3所示，本专利技术实施例提供的滑坡工程划分直滑段与转折段示意图。(2)确定直滑段与转折段的几何参数。直滑段的几何参数是该直滑段条块的底滑面与水平面的倾角及滑动面长度，可根据勘察资料中的地质剖面图得到；在每个转折段处建立一个坐标系，令x轴正方向与上一直滑段主滑方向一致，z轴正方向与重力方向相反，y轴的正方向按右手螺旋法则确定，坐标原点为上下直滑段相接点；转折段底滑面如图2近似为三角形曲面，如图4所示，采用铅直面将每个转折段底滑面离散成多个网格单元，得到每个网格单元的角点坐标值，如图5所示；对每个转折段处底滑面上每一个离散的小单元网格，得到角点的坐标值；采用最小二乘法，根据当前转折段底滑面所有的角点坐标值将转折段底滑面拟合成一个平面，拟合原则为所有条块底角点距拟合平面的距离平方和最小，如图6所示，该平面的法向量即为转折段底滑面法向量；将上下直滑段与转折段相接的铅直面、转折段侧滑面与转折段底滑面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，所述针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，具体包括以下步骤：步骤一：根据S型沟槽填方场地地形特征，将滑坡体划分为多个具有不同主滑方向的直滑段，中间设置转折段进行连接转换；步骤二：对直滑段条块、转折段进行受力分析，得到条块的受力情况和转折段的传力方向转换；步骤三：根据场地勘察资料确定坡体稳定性计算参数，建立条块的下滑力平衡方程；步骤四：基于所有滑坡段满足静力平衡条件，所求得的几何参数、土体参数等代入条块的下滑力平衡方程中，进行迭代计算，得到边坡整体稳定性系数。

【技术特征摘要】
1.一种针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，所述针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，具体包括以下步骤：步骤一：根据S型沟槽填方场地地形特征，将滑坡体划分为多个具有不同主滑方向的直滑段，中间设置转折段进行连接转换；步骤二：对直滑段条块、转折段进行受力分析，得到条块的受力情况和转折段的传力方向转换；步骤三：根据场地勘察资料确定坡体稳定性计算参数，建立条块的下滑力平衡方程；步骤四：基于所有滑坡段满足静力平衡条件，所求得的几何参数、土体参数等代入条块的下滑力平衡方程中，进行迭代计算，得到边坡整体稳定性系数。2.如权利要求1所述的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，所述步骤一中，依据滑动方向的不同与精度要求将边坡划分为多个直滑段，每两个相邻直滑段之间为转折段。3.如权利要求1所述的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，所述步骤一中，直滑段按坡底折线划分为不同条块，转折段根据坡底地形拟合为三棱柱体。4.如权利要求1所述的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，所述步骤三中，稳定性计算参数为直滑段与转折段的几何参数，直滑段的几何参数是该直滑段条块的底滑面与水平面的倾角及滑动面长度。5.如权利要求1所述的针对S型沟槽填方场地边坡稳定性的极限平衡分析方法，其特征在于，滑坡段底滑面的倾角变化划分的条块根据底滑面倾角的不同将直滑段再分为m个条块，将第一直滑段根据底滑面倾角的不同划分为两个条块，第二直滑段划分为三个条块，第三直滑段划分为3个条块；在每个转折段处建立一个坐标系，令x轴正方向与上一直滑段主滑方向一致，z轴正方向与重力方向相反，y轴的正方向按右手螺旋法则确定，坐标原点为上下直滑段相接点；转折段底滑面方程表示为：Ax+By+z+D＝0由上式，得：z＝-Ax-By-D记：a0＝-A，a1＝-b，a2＝-Dz＝a0x+a1y+a2根据最小二乘法的基本原理进行平面拟合，即条块4个角点距离拟合平面的距离的平方和最小，即使如下方程的值最小：对当前转折段所有角点坐标值使用最小二乘法即使S的值最小，即方程分别对a0，a1，a2求偏导的值均等于0，方程式如下：∑2(a0xi+a1yi+a2-z)xi＝0∑2(a0xi+a1yi+a2-z)yi＝0∑2(a0xi+a1yi+a2-z)＝0得：对方程求解可得到系数a0，a1，a2，由此确定A、B方向参数及常数D的值，确定转折段滑坡体的底滑面方程；将上下直滑段与转折段相接的铅直面、转折段侧滑面与转折段底滑面相交...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴曙光，杨波，彭卫，黄明扬，赵定智，苏亚楠，郑华敬，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆中核坤阳投资发展有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50