基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法，涉及基覆性边坡稳定性分析技术，包括：根据基覆型边坡的破坏特征确定破坏模式；计算破坏模式对应的安全系数；根据极限分析上限定理进行稳定性分析；所述破坏模式包括：沿基覆界面发生的整体破坏模式、坡顶开裂的对数螺旋滑移面的坡顶局部破坏模式、以及从坡面开裂且滑移面为对数螺旋面的坡面局部破坏模式。本发明专利技术将极限分析上限法与强度折减技术相结合，给出了基覆型边坡稳定性分析的理论公式，通过MATLAB编程对公式进行优化求解，分析了基覆面倾角、边坡坡角及基覆界面强度参数对基覆型边坡破坏模式和稳定性的影响。度参数对基覆型边坡破坏模式和稳定性的影响。度参数对基覆型边坡破坏模式和稳定性的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及基覆型边坡稳定性分析
，具体为基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]基覆型边坡是一类下部为基岩上部为松散堆积体的边坡，当上部松散结构破坏可形成滑坡，该类型滑坡与均质边坡失稳有一定差异，基覆界面的存在对边坡的破坏模式和安全系数有不可忽视的影响。目前在边坡稳定性分析中多采用极限平衡法，但是极限平衡法不能提供一个精确的上限解或下限解，有一定局限性。
[0003]极限分析法利用塑性极限分析的静力学与运动学原理分别确定边坡稳定性的真实解下限与上限，其中的上限方法只要求考虑速度模式(破坏模式) 和能量消耗，应力分布并不要求满足平衡条件，利用功能平衡方程即可获得真实解的上限，因此，极限分析上限方法为寻求边坡稳定的精确解提供了一条新的思路。现有技术中，有对数螺旋转动破坏机制，建立能量平衡方程，分析均质边坡的稳定性；还有构建了一种“牛角形”三维转动破坏机构，并利用极限分析法在三维空间下对边坡稳定性进行分析。
[0004]上述现有技术中，大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法，其特征在于，包括：根据基覆边坡的破坏特征确定破坏模式；计算破坏模式对应的安全系数；根据极限分析上限定理进行稳定性分析；所述破坏模式包括：沿基覆界面发生的整体破坏模式、坡顶开裂的对数螺旋滑移面的坡顶局部破坏模式、以及从坡面开裂且滑移面为对数螺旋面的坡面局部破坏模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算破坏模式的安全系数，具体包括：当基覆界面发生整体破坏模式时，以过折线滑面转折点C的竖直速度间断面CE将土体分为两块，视每一块为刚体，滑面和条间错动的部位被视为耗能塑性体；设边坡坡高为H，土体容重为γ，内摩擦角为黏聚力为c；基覆界面处的等效内摩擦角为黏聚力为c
′
；坡底倾角为β，坡顶倾角为α，直线AC与指向坡内方向的水平线夹角为θ3，滑面BC倾角为θ1，长度为L1；滑面CD倾角为θ2，长度为L2；间断面CE长度为L3；假设两土块滑面处的速度分别为V1、V2，间断面CE的相对速度为V3，根据相关联流动法则可知，V1、V2与滑面的夹角为V3与间断面CE的夹角为相对速度V3是由速度矢量V1和V2的矢量差所引起的，因此V1、V2和V3组成的速度矢量要闭合；根据速度矢量闭合几何关系，可以得到V1、V2和V3之间的转换公式为：之间的转换公式为：为获得边坡的安全系数，在极限分析上限法中引入强度折减技术；折减后的抗剪强度指标可分别表达为：可分别表达为：式中，c
m
、c
′
m
、为维持平衡所需要的或土体实际发挥的抗剪强度参数；F为抗剪强度折减系数；作用在边坡上的外荷载只考虑重力，则外力做功只包括重力做功，对应的外力功率为两块土体重力功率之和，即：其中，S1、S2分别为两块土体的单宽体积，由几何关系可得：
①
当θ3≥90
°
时：时：
②
当θ3＜90
°
时：时：其中，内能耗散由三部分构成，即分别沿基覆界面BC、CD上的能量耗散W1、W2和速度间断面AC上的能量耗散W3，可得：W
int
＝W1+W2+W3；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)其中，其中，
①
当θ3≥90
°
时：
②
当θ3＜90
°
时：3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据极限分析上限定理进行稳定性分析，具体包括：根据极限分析上限定理，令外力做功功率等于内部耗散功率，即：W
ext
＝W
int
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)边坡的临界高度H
cr
为：采用迭代法，逐步折减土的强度参数直至获得极限坡高H
cr
等于土坡的实际高度H，则此时的强度折减系数F为边坡真实安全系数F
s
。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据极限分析上限定理进行稳定性分析，具体为：采用迭代法和MATLAB编程进行计算确定最小安全系数F
s
。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算破坏模式的安全系数，具体包括：当为从坡顶开裂的对数螺旋滑移面的局部破坏模式时，假定从坡顶开裂的局部破坏模
式为对数螺旋旋转柱面GI，并用极坐标表示对数螺线GI的方程：其中，r0、θ0分别为弦OG的长度及其倾角，r
h
、θ
h
分别为弦OI的长度及其倾角，θ
′
、θ
″
分别为弦OF、OF
′
的倾角，L为坡顶开裂长度；β为边坡倾斜角，α为坡顶倾斜角，H
′
为局部破坏坡高，H为整体坡高，S1为坡面DI的长度。对于边坡对数螺旋破坏机构，由重力做功引起的外力功率为：其中，γ为边坡土体容重(kN/m3)，Ω为滑裂面以上土体的转动角速度；f1～f3分别为与θ0、θ
h
、等相关的函数；沿速度间断面GI产生的内能耗散率为：其中，c为边坡土体粘聚力kPa，V为速度间断量。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据极限分析上限定理进行稳定性分析，具体包括：根据极限分析法的上限定理，令外力做功功率等于内部塑性耗散功率，即W
exp
＝W
int
，整理后得：其中，其中，其中，其中，其中，以0点为原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴建立直角坐标系；假设曲线GI上某点F点的斜率和直线BC的斜率相同，连接0F并延长与直线BC交于E点；同理，假设F
′
点的斜率和直
线CD的斜率相同，连接OF
′
并延长与直线CD交于E
′
点。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算破坏模式的安全系数，还包括：在均质边坡对数螺旋曲线计算公式的基础上增加约束条件，为了保证对数螺旋曲线GI在基覆界面BCD之上，从而使搜索得到的潜在最危险滑裂面实际存在；具体为：在已有由极坐标和直角坐标之间的转换关系，获取对数螺线GI上任一点在直角坐标系下的斜率为：又易知直线BC的斜率为：k1＝
‑
tanθ1；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)当k＝k1时，θ＝θ
′
，即：F点坐标为(r cOSθ
′
，r sinθ
′
)，则直线0E方程为：由几何关系可知D点坐标为：其中，在三角形ACD中，由正弦定理可得直线CD长度为：由几何关系可知C点坐标为：联立式(28)、(34)可知直线BC的方程为：y＝k1x+(y
C
‑
k1x
C
)；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：