一种边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法技术

本申请提供一种边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法，包括自坡脚向坡顶将倾倒变形边坡依次划分为受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区三个区域，将三个区域内的岩体划分为条块状，再将倾倒折断区和部分倾倒过渡区所在的潜在破裂面设定为反向台阶状，通过对反向台阶内每个条块进行力和力矩的计算分析，判别出每个条块底部的潜在破裂面是否发生破裂及条块是否具备发生倾倒破坏的条件，以得出边坡的稳定性及潜在倾倒变形破坏的范围。本方法提出的边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法是对工程实践的总结、提炼，提出的计算公式能够得出反向台阶状破裂面倾倒变形边坡的稳定性，填补反向台阶状破裂面倾倒变形边坡研究的空白。台阶状破裂面倾倒变形边坡研究的空白。台阶状破裂面倾倒变形边坡研究的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法


[0001]本申请涉及边坡工程领域，具体而言，涉及一种倾倒变形边坡稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]倾倒破坏是岩质边坡失稳的一种典型形式。在倾倒变形边坡研究领域，一般依据Goodman、Bray于1976年提出的倾倒变形模型进行计算分析，参见图1，即将边坡划分为条块，从坡角向坡顶分为下部滑动区、中部倾倒区、上部稳定区，破裂面是向上的正向台阶状，即上部条块的破裂面高于下部条块。经西部高山峡谷区水电水利工程建设实践发现，边坡在自重、外部荷载或坡脚开挖条件下向临空面发生倾倒变形，破裂面自坡脚向坡顶呈布连续或不连续的反向台阶状，实际倾倒变形破坏并不符合Goodman
‑
Bray模型。目前，对于反向台阶状破裂面的倾倒变形边坡研究缺乏相应的变形破坏模型及稳定性计算分析方法。
[0003]因此，亟需研究出一种新的边坡倾倒模型及稳定性分析方法为倾倒变形边坡稳定性分析提供技术支撑。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法，提出的计算公式能够得出反向台阶状破裂面倾倒变形边坡的稳定性，填补倾倒变形边坡研究的空白。
[0005]第一方面，本申请提供了一种边坡倾倒变形稳定性分析方法，包括：
[0006]建立边坡倾倒变形模型，即自坡脚向坡顶将边坡模型依次划分为受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区三个区域，将三个区域内的岩体划分为条块状，再将倾倒折断区和部分倾倒过渡区所在的潜在破裂面设定为反向台阶状，通过对反向台阶内每个条块进行力和力矩的计算分析，判别出每个条块底部的潜在破裂面是否会发生破裂及条块是否具备发生倾倒破坏的条件，以分析出边坡的稳定性及潜在倾倒变形破坏的范围。
[0007]在一种实施方案中，所述每个条块受到的作用力包括上部条块的推力及摩擦力、下部条块的抗力及摩擦力、条块自身的重力及条块底部岩体的拉力或压力，所述通过对反向台阶内每个条块进行力和力矩的计算，判别出每个条块底部的潜在破裂面是否会发生破裂及条块是否具备发生倾倒破坏的条件，包括：
[0008]利用公式(1)：W
i
＝T
i+1
×
(0.5
×
Ls
i
‑
d
i
)+G
i
sinα
i
×
(0.5
×
Lm
i
‑
d
i
)，计算出第i条块的倾倒力矩W
i
；利用公式(2)：W
’
i
＝R
ti
×
D
i2
/3+(G
i
×
cosα
i
/2+τ
i+1
)
×
D
i
，计算出第i条块抗倾倒力矩W
’
i
，式中：T
i+1
为上部条块的推力，初始值T1＝0；G
i
为条块自身的重力；R
ti
为条块底部岩体的抗拉强度；τ
i+1
为条块上侧面的摩擦力；Ls
i
为条块上边的长度；Lx
i
为条块下边的长度；Lm
i
为条块中部的长度；D
i
为条块宽度；d
i
为条块转动原点至底部破裂面的距离；α
i
为重力铅直方向与条块中心线的交角；
[0009]当W
i
＞W
’
i
时，判别第i个条块会发生倾倒破坏；
[0010]当W
i
＝W
’
i
时，判别第i个条块处于极限平衡状态；
[0011]当W
i
＜W
’
i
时，判别第i个条块处于稳定状态。
[0012]在一种实施方案中，所述条块上侧面的摩擦力τ
i+1
＝T
i+1
×
f，式中f为条块间的摩擦系数。
[0013]在一种实施方案中，所述将边坡模型依次划分为受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区三个区域包括：
[0014]实地观察并获取研究边坡的地质条件，根据边坡的潜在变形特征将边坡模型近似划分为受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区。
[0015]在一种实施方案中，所述受压变形区为边坡坡脚的应力集中区，岩体变形以压密、挤出变形为主，所述受压变形区累积的塑性变形量为中部倾倒折断的发生提供空间条件；倾倒折断区位于边坡的中部及上部，所述倾倒折断区其变形特征为条块底部发育明显的折断面、拉裂空腔或空缝，所述倾倒折断区内的条块状岩体向坡脚倾倒和弯曲；倾倒过渡区岩体倾倒变形量逐步减小，岩体弯曲但无明显折断面，逐步向坡顶过渡到原始状态。
[0016]在一种实施方案中，所述受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区呈渐变状态。
[0017]在一种实施方案中，所述条块发生倾倒破坏时为围绕相邻的下部条块的破裂面的起点旋转，条块在旋转过程中内部不发生变形和破坏。
[0018]在一种实施方案中，每个条块底部的潜在破裂面与条块的长边接近垂直，每个条块底部的潜在破裂面的终点低于下部相邻条块的破裂面的起点，所述潜在破裂面的反向台阶可连续分布或不连续分布。
[0019]第二方面，本申请还提供了一种边坡倾倒变形模型，自坡脚向坡顶依次包括受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区三个区域，三个区域内的岩体模型为条块状，倾倒折断区和部分倾倒过渡区所在的潜在破裂面设为反向台阶状；所述每个条块受到的作用力包括上部条块的推力及摩擦力、下部条块的抗力及摩擦力、条块自身的重力及条块底部岩体的拉力或压力，每个条块底部的潜在破裂面与条块的长边接近垂直所述条块发生倾倒破坏时为围绕相邻的下部条块的破裂面的起点旋转，每个条块底部的潜在破裂面的终点低于下部相邻条块的破裂面的起点，条块在旋转过程中内部不发生变形和破坏。
[0020]在一种实施方案中，所述受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区呈渐变状态，所述潜在破裂面的反向台阶可连续分布或不连续分布。
[0021]本申请中的一种边坡倾倒变形模型及稳定性分析方法具有的有益效果：
[0022]基于对实际工程中边坡倾倒变形破坏现象的总结与提炼，提出的反向台阶状破裂面的倾倒变形模型，并结合反向台阶状破裂面模型得出倾倒变形边坡的稳定性，填补了反台阶状破裂面倾倒变形边坡模型与计算分析方法的空白。提高对倾倒变形边坡的稳定性预测的准确性，整个分析计算过程理论基础明确，结果反映实际情况。为倾倒变形边坡提供了一种全新的分析方法，具有一定的技术创新意义和较高工程应用价值。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边坡倾倒变形稳定性分析方法，其特征在于，包括：自坡脚向坡顶将倾倒变形边坡模型依次划分为受压变形区、倾倒折断区和倾倒过渡区三个区域，将三个区域内的岩体划分为条块状，再将倾倒折断区和部分倾倒过渡区所在的潜在破裂面设定为反向台阶状，通过对反向台阶内每个条块进行力和力矩的计算分析，判别出每个条块底部的潜在破裂面是否会发生破裂及条块是否具备发生倾倒破坏的条件，以分析出边坡的稳定性及潜在倾倒变形破坏的范围。2.根据权利要求1所述的边坡倾倒变形稳定性分析方法，其特征在于，所述每个条块受到的作用力包括上部条块的推力及摩擦力、下部条块的抗力及摩擦力、条块自身的重力及条块底部岩体的拉力或压力，所述通过对反向台阶内每个条块进行力和力矩的计算，判别出每个条块底部的潜在破裂面是否会发生破裂及条块是否具备发生倾倒破坏的条件包括：利用公式(1)：W
i
＝T
i+1
×
(0.5
×
Ls
i
‑
d
i
)+G
i
sinα
i
×
(0.5
×
Lm
i
‑
d
i
)，计算出第i条块的倾倒力矩W
i
；利用公式(2)：W
’
i
＝R
ti
×
D
i2
/3+(G
i
×
cosα
i
/2+τ
i+1
)
×
D
i
，计算出第i条块抗倾倒力矩W
’
i
，式中：T
i+1
为上部条块的推力，初始值T1＝0；G
i
为条块自身的重力；R
ti
为条块底部岩体的抗拉强度；τ
i+1
为条块上侧面的摩擦力；Ls
i
为条块上边的长度；Lx
i
为条块下边的长度；Lm
i
为条块中部的长度；D
i
为条块宽度；d
i
为条块转动原点至底部破裂面的距离；α
i
为重力铅直方向与条块中心线的交角；当W
i
＞W
’
i
时，判别第i个条块会发生倾倒破...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟永旭，董育烦，王浩，许凯凯，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：