一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，包括拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数；进行灰岩边坡滑体的受力分析；根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度；根据结构面的贯通段的抗剪参数的溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的抗剪参数；建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型；求解灰岩边坡的服役寿命。本发明专利技术以灰岩边坡的岩体溶蚀速率计算服役期的贯通结构面的有效长度，以抗剪参数溶蚀衰减速率计算服役期的抗剪参数，基于目标函数、平衡方程和屈服条件建立了灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型，解决了预测灰岩边坡服役寿命数学建模的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法
本专利技术涉及一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，属于边坡稳定性分析

技术介绍
灰岩是石灰岩的简称，其是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，按成因分类属于沉积岩。灰岩的主要化学成分是CaCO3，非常易溶蚀。灰岩边坡在我国西南地区广泛分布，灰岩边坡中的结构面在受水、大气的作用下会发生溶蚀，结构面的长度随着时间的推移其有效长度会增加，结构面的抗剪参数也会随着溶蚀而发生衰减。在灰岩边坡的服役过程中，由于灰岩岩体的溶蚀，结构面的长度、强度均发生变化，灰岩边坡的长期安全性会逐年下降。在工程中灰岩边坡在服役一定年限以后经常发生失稳破坏，给人民生命财产带来重大损失。灰岩边坡服役寿命问题是一个复杂的力学和数学问题，要准确预测灰岩边坡的寿命，需要解决以下关键问题：(1)灰岩边坡结构面的长度和抗剪强度受岩体的溶蚀速度影响，需要在边坡稳定性模型中定量描述结构面长度和抗剪强度与岩体溶蚀速度的关系；(2)灰岩边坡的服役寿命与溶蚀速率直接相关，两者的关系呈现出高度非线性，力学建模较为复杂；(3)求解灰岩边坡的服役寿命是一个数学极大值问题，需要建立灰岩边坡服役寿命的数学规划模型。在当前，工程界还没有完善的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，亟需建立求解灰岩边坡服役寿命的理论方法和数学模型，以能够定量、精确评价的灰岩边坡的长期安全性，为灰岩边坡的设计提供理论指导。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，以获得灰岩边坡的服役寿命，为评价灰岩边坡长期服役安全性的计算提供一种新方法。本专利技术的技术方案是：一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，所述方法步骤如下：步骤1、拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数；步骤2、进行灰岩边坡滑体的受力分析；步骤3、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度；步骤4、根据结构面的贯通段的抗剪参数的溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的抗剪参数；步骤5、建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型；步骤6、求解灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型，获得灰岩边坡的服役寿命。所述拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数，包括：一、确定灰岩边坡的几何参数；二、确定灰岩边坡的材料参数；三、确定灰岩边坡岩体的溶蚀速率δD；四、确定灰岩边坡中的结构面贯通段的抗剪参数溶蚀衰减速率。所述灰岩边坡的几何参数，具体为：灰岩边坡的高度h，灰岩边坡滑体的顶部宽度b，灰岩边坡中结构面AB的倾角θ，灰岩边坡中结构面AB的贯通率k，灰岩边坡中结构面AB的长度L，灰岩边坡中结构面AB由贯通段BD、非贯通段AD组成；所述灰岩边坡的材料参数，具体为：灰岩边坡岩体的容重γr、灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始内摩擦角灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始凝聚力cj；灰岩边坡岩体的初始内摩擦角灰岩边坡岩体的初始凝聚力cr；所述灰岩边坡中的结构面贯通段的抗剪参数溶蚀衰减速率，具体为：灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的内摩擦角溶蚀衰减速率灰岩边坡岩体中结构面AB的贯通段BD的凝聚力溶蚀衰减速率所述灰岩边坡滑体的受力分析，具体为：灰岩边坡滑体的重心处作用的自重力Gr，灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用有法向力N1，灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用有切向力S1，灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用有法向力N2，灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用有切向力S2。所述根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度，具体为：一、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面AB的贯通段BD的有效长度式中：L是灰岩边坡中结构面AB的长度，k是灰岩边坡中结构面AB的贯通率，δD是灰岩边坡岩体的溶蚀速率，n是灰岩边坡的服役寿命；二、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD的有效长度所述根据抗剪参数溶蚀衰减速率计算服役n年后灰岩边坡结构面的抗剪参数，具体为：一、根据结构面的贯通段的内摩擦角溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的内摩擦角具体为：式中：是灰岩边坡中的结构面AB的贯通段BD的初始内摩擦角，是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的内摩擦角溶蚀衰减速率，n是灰岩边坡的服役寿命；二、根据结构面的贯通段的凝聚力溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的凝聚力具体为：式中：cj是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始凝聚力，是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的凝聚力溶蚀衰减速率。所述建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型，具体为：一、建立目标函数设灰岩边坡的服役寿命为目标函数，并求其最大值，目标函数如下：Maximize:n式中：n是灰岩边坡的服役寿命；Maximize表示“使最大”；二、建立服役n年后灰岩边坡滑体的平衡方程，具体为：①建立服役n年后灰岩边坡滑体的水平方向平衡方程，具体为：N1sinθ-S1cosθ+N2sinθ-S2cosθ＝0式中：N1是灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用的法向力，S1是灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用的切向力，N2是灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用的法向力，S2是灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用的切向力，θ是灰岩边坡结构面AB的倾角；②建立服役n年后灰岩边坡滑体的竖直方向平衡方程，具体为：N1cosθ+S1sinθ+N2cosθ+S2sinθ-Gr＝0式中：Gr是灰岩边坡滑体的重心处作用的自重力，Gr＝γrhb/2，h是灰岩边坡的高度，b灰岩边坡滑体的顶部的宽度，γr是灰岩边坡岩体的容重；③建立服役n年后灰岩边坡结构面AB的贯通段BD的屈服条件，具体为：式中：是服役n年后灰岩边坡结构面AB的贯通段BD的有效长度，是服役n年后的结构面AB的贯通段BD的内摩擦角，是服役n年后的结构面AB的贯通段BD的凝聚力；④建立服役n年后灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD的屈服条件，具体为：式中：是服役n年后灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD的有效长度，是灰岩边坡岩体的初始内摩擦角，cr是灰岩边坡岩体的初始凝聚力；⑤建立附加约束条件，具体为：⑥建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型将目标函数、灰岩边坡滑体的平衡方程、贯通段和非贯通段的屈服条件以及附加约束条件集成，得到灰岩边坡的长期赋役的稳定性模型如下：式中：L是灰岩边坡中结构面AB的长度，k是灰岩边坡中结构面AB的贯通率，δD是灰岩边坡岩体的溶蚀速率，是灰岩边坡中的结构面AB的贯通段BD的初始内摩擦角，是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的内摩擦角溶蚀衰减速率，cj是灰岩边坡中结构面AB的贯通段B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述方法步骤如下：/n步骤1、拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数；/n步骤2、进行灰岩边坡滑体的受力分析；/n步骤3、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度；/n步骤4、根据结构面的贯通段的抗剪参数的溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的抗剪参数；/n步骤5、建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型；/n步骤6、求解灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型，获得灰岩边坡的服役寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤1、拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数；
步骤2、进行灰岩边坡滑体的受力分析；
步骤3、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度；
步骤4、根据结构面的贯通段的抗剪参数的溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的抗剪参数；
步骤5、建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型；
步骤6、求解灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规划模型，获得灰岩边坡的服役寿命。


2.根据权利要求1所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述拟定灰岩边坡服役寿命计算的基本参数，包括：
一、确定灰岩边坡的几何参数；
二、确定灰岩边坡的材料参数；
三、确定灰岩边坡岩体的溶蚀速率δD；
四、确定灰岩边坡中的结构面贯通段的抗剪参数溶蚀衰减速率。


3.根据权利要求2所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述灰岩边坡的几何参数，具体为：灰岩边坡的高度h，灰岩边坡滑体的顶部宽度b，灰岩边坡中结构面AB的倾角θ，灰岩边坡中结构面AB的贯通率k，灰岩边坡中结构面AB的长度L，灰岩边坡中结构面AB由贯通段BD、非贯通段AD组成；所述灰岩边坡的材料参数，具体为：灰岩边坡岩体的容重γr、灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始内摩擦角灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始凝聚力cj；灰岩边坡岩体的初始内摩擦角灰岩边坡岩体的初始凝聚力cr；所述灰岩边坡中的结构面贯通段的抗剪参数溶蚀衰减速率，具体为：灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的内摩擦角溶蚀衰减速率灰岩边坡岩体中结构面AB的贯通段BD的凝聚力溶蚀衰减速率


4.根据权利要求1所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述灰岩边坡滑体的受力分析，具体为：灰岩边坡滑体的重心处作用的自重力Gr，灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用有法向力N1，灰岩边坡结构面AB的贯通段BD上作用有切向力S1，灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用有法向力N2，灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD上作用有切向力S2。


5.根据权利要求1所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面贯通段和非贯通段的有效长度，具体为：
一、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面AB的贯通段BD的有效长度



式中：L是灰岩边坡中结构面AB的长度，k是灰岩边坡中结构面AB的贯通率，δD是灰岩边坡岩体的溶蚀速率，n是灰岩边坡的服役寿命；
二、根据溶蚀速率计算服役n年后灰岩边坡结构面AB的非贯通段AD的有效长度





6.根据权利要求1所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述根据抗剪参数溶蚀衰减速率计算服役n年后灰岩边坡结构面的抗剪参数，具体为：
一、根据结构面的贯通段的内摩擦角溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的内摩擦角具体为：



式中：是灰岩边坡中的结构面AB的贯通段BD的初始内摩擦角，是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的内摩擦角溶蚀衰减速率，n是灰岩边坡的服役寿命；
二、根据结构面的贯通段的凝聚力溶蚀衰减速率计算服役n年后的结构面的贯通段的凝聚力具体为：



式中：cj是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的初始凝聚力，是灰岩边坡中结构面AB的贯通段BD的凝聚力溶蚀衰减速率。


7.根据权利要求1所述的基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命的计算方法，其特征在于：所述建立灰岩边坡的长期赋役的稳定性非线性数学规...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文连，李泽，眭素刚，王帮团，许汉华，唐果，李永红，樊亚红，
申请(专利权)人：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53