【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土勘察，具体而言，涉及一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法及系统。
技术介绍
1、顺层岩质边坡的失稳破坏是地质灾害中一种常见而危险的现象，具有突发性和破坏性的特点，其破坏力和潜在威胁直接影响工程的安全和生态环境的持续发展，大量工程实践表明顺层边坡的失稳破坏对于人员安全、工程经济造成难以预估的危害。然而，由于自然界中各种复杂的地质过程和人类工程活动的干扰，顺层岩质边坡的破坏问题一直是工程界和学术界关注的焦点。破坏长度作为评估顺层岩质边坡稳定性的重要指标之一，对于准确判断边坡破坏的时机和范围具有重要意义。近年来人们已经认识到边坡的破坏是一个从局部到整体的过程，受边坡开挖卸荷影响，顺层边坡在前缘开挖极小高度情况下，锚固、锚索等边坡防护工程未及施做时即发生滑动失稳，对施工安全及工期产生一定程度影响，在这个挖方导致的滑动失稳过程中，边坡滑动并非“一滑到顶”，可能局部发生一次或几次较小滑动后顺层边坡就逐渐趋于稳定，因此计算首个局部失稳破坏的坡体长度就显得尤为重要。
2、然而，目前对顺层岩质边坡首次破裂长度的计算方法研究仍然存在着一些缺陷。由于顺层岩质边坡有多种破坏模式，现有方法普遍忽略了岩层间软弱夹层应变软化特征对顺层边坡稳定性的影响，而对于含有软弱夹层的顺层边坡，在构造裂隙和软弱层面的耦合作用下常发生缓慢的蠕滑变形，仅凭传统理想弹塑性摩尔-库伦模型难以完全真实模拟顺层岩质边坡的破坏过程。
3、为此，本申请通过对典型软弱夹层发育的顺层岩质边坡模型进行简化，确定顺层岩质边坡的首次破
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法及系统，对含有软弱夹层的顺层岩质边坡，考虑软弱夹层的应变软化特性以及开挖释放应力，通过建立滑体微段应力平衡方程，推导出了顺层岩质边坡首次破裂长度计算公式。
2、为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：
3、第一方面，本申请实施例提供一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，包括：获取对含软弱夹层的顺层岩质边坡，引入应变软化特性，将滑带视为摩尔库伦应变软化材料，其余视为弹性材料，但是不考虑滑体的抗拉强度，近似模拟滑体存在节理，破坏模式为滑移-拉裂的情况；
4、将顺层岩质边坡的初始应力场视为半无限楔形体在自重作用下的弹性力学问题，获取坡体的释放应力；
5、取滑体上的无穷小弹性微段进行力学分析，将坡体外力简化成仅考虑卸荷释放应力作用，确定对于滑带上的无穷小弹性微段的力学平衡方程；
6、假设滑体与滑带在未发生首次破裂前的变形及位移相同，对滑体、滑带进行受力分析，确定滑带上的力学平衡方程，并根据对应的力学平衡及应变能关系得到对应的边界条件，得到滑体坡向位移与坡脚距离的关系；
7、随着剪切变形的发生，滑带岩土体达到峰值抗剪强度后很快衰减为残值抗剪强度，确定剪切位移与坡脚距离的分段函数；
8、根据应变软化型滑带的开挖情况，确定顺层岩质边坡的首次破裂长度。
9、在本申请实施例中，考虑了软弱夹层的应变软化特性以及开挖释放应力，通过建立滑体微段应力平衡方程，推导出了顺层岩质边坡首次破裂长度计算公式。其首次破裂长度的确定对边坡支挡结构的设计具有重要意义。
10、结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，将顺层岩质边坡的初始应力场视为半无限楔形体在自重作用下的弹性力学问题，获取坡体的释放应力，具体为：
11、坡体中任意一点p的应力为：
12、
13、式中，k0为侧向系数，γ1为滑体自重，γ2为基岩重度，α为边坡倾角；
14、根据式(1)对坡体中某点p的应力状态分析，近似取开挖面上坡脚滑带位置的法向应力σ0作为开挖释放应力：
15、
16、结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，取滑体上的无穷小弹性微段进行力学分析，将坡体外力简化成仅考虑卸荷释放应力作用，确定对于滑带上的无穷小弹性微段的力学平衡方程，具体为：
17、对于滑带上的无穷小弹性微段，力学平衡方程有：
18、
19、式中，h为滑体切层厚度，τ为滑体所受的剪力；
20、
21、结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，假设滑体与滑带在未发生首次破裂前的变形及位移相同，对滑体、滑带进行受力分析，确定滑带上的力学平衡方程，并根据对应的力学平衡及应变能关系得到对应的边界条件，得到体坡向位移与坡脚距离的关系，具体为：
22、当滑带为刚塑性体时，平衡方程为：
23、
24、对公式(5)进行求解可得：
25、
26、式中，u为滑体上发生的位移，s为滑带的抗剪强度；
27、根据对应的力学平衡及应变能关系得到对应的边界条件：
28、
29、带入公式(6)中，最终得到：
30、
31、当滑带为线弹性体时，平衡方程为：
32、
33、对公式(10)求解可得：
34、
35、边界条件公式
36、带入边界条件计算得公式(11)的解为：
37、
38、根据公式(13)得刚塑性体坡向位移u与坡脚距离坐标x的关系。
39、结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，随着剪切变形的发生，滑带岩土体达到峰值抗剪强度后很快衰减为残值抗剪强度，确定剪切位移与坡脚距离的分段函数，具体为：
40、根据滑带岩土体的黏聚力和内摩擦角的峰值、残值确定滑带的峰值抗剪强度和残值抗剪强度的大小，如公式(14)所示：
41、
42、式中，cp为黏聚力的峰值，为内摩擦角的峰值，cr为黏聚力的残值，为内摩擦角的残值，sp为定滑带的峰值抗剪强度，sr为残值抗剪强度，
43、滑带在受到开挖卸荷释放应力σ0作用后，开挖面附近滑带会产生较大位移，根据应变软化土体性质可知此段滑带处于塑性阶段，滑带上的剪应力大小恒为残值抗剪强度，只有当滑带上土体位移逐渐减小到usr＝sp/k时，滑带土体会从刚塑性阶段转为弹性阶段，由此可知滑带刚塑性阶段的滑带长度xsr(m)为公式(15)之解，式(15)为一元二次方程，所得刚塑性阶段的滑带长度xsr有两个解，根据分析易知此处该解应取较小值：
44、
45、对于滑带上xsr之后的部分，因剪切位移逐渐递减，滑带将处于弹性阶段，根据应变软化土体性质，其峰值抗剪强度将随着剪切位移的减小逐渐从峰值减小到0，对弹性阶段的滑带进行分析，通解依然为式(11)，边界条件如式(16)所示：
46、
47、由此得经过刚塑性阶段后处本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，将顺层岩质边坡的初始应力场视为半无限楔形体在自重作用下的弹性力学问题，获取坡体的释放应力，具体为：
3.根据权利要求1所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，取滑体上的无穷小弹性微段进行力学分析，将坡体外力简化成仅考虑卸荷释放应力作用，确定对于滑带上的无穷小弹性微段的力学平衡方程，具体为：
4.根据权利要求3所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，假设滑体与滑带在未发生首次破裂前的变形及位移相同，对滑体、滑带进行受力分析，确定滑带上的力学平衡方程，并根据对应的力学平衡及应变能关系得到对应的边界条件，得到体坡向位移与坡脚距离的关系，具体为：
5.根据权利要求4所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，随着剪切变形的发生，滑带岩土体达到峰值抗剪强
6.根据权利要求5所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，根据应变软化型滑带的开挖情况，确定顺层岩质边坡的首次破裂长度，具体为：
7.一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算系统，其特征在于，包括：
8.电子设备，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，将顺层岩质边坡的初始应力场视为半无限楔形体在自重作用下的弹性力学问题，获取坡体的释放应力，具体为：
3.根据权利要求1所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，取滑体上的无穷小弹性微段进行力学分析，将坡体外力简化成仅考虑卸荷释放应力作用，确定对于滑带上的无穷小弹性微段的力学平衡方程，具体为：
4.根据权利要求3所述的考虑软弱夹层应变软化特征的顺层岩质边坡首次破裂长度计算方法，其特征在于，假设滑体与滑带在未发生首次破裂前的变形及位移相同，对滑体、滑带进行受力分析，确定滑带上的力学平衡方程，并根据对应的...
【专利技术属性】
技术研发人员：向波，邬凯，张乐，冯君，赵海松，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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