[發明專利]一種三維邊坡穩定性預測方法

有效

• 申請號: 201310036626.3
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103163563A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 周小平;程浩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

1.一種三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：它包括以下步驟：

????步驟1、選定具體待預測的滑坡體，確定三維滑面形狀及滑坡體幾何尺寸；三維滑面分為滑裂面和邊坡表面，將滑裂面和邊坡表面用方程表示；邊坡表面的參數有邊坡斜面在水平面上的投影長度l，邊坡斜面在豎直方向上的投影長度H；滑裂面的參數依據實際幾何形狀確定，確定巖土材料的強度參數粘聚力c和內摩擦角φ；

????步驟2、將三維滑坡體離散化，三維滑坡體被垂直離散為????????????????????????????????????????????????行和列條柱，每個條柱按所在的行號和列號定義為；假定行方向的條柱間作用力與水平面夾角為±α，假定列方向的條柱間作用力與水平面夾角為±β；

????步驟3、建立三維邊坡穩定性預測的方程組，由方程組求解得到三維邊坡穩定系數Fs的值；

????步驟4、根據穩定系數臨界值判定三維邊坡的穩定性，若三維邊坡穩定系數大于等于穩定系數臨界值，則三維邊坡穩定；若三維邊坡穩定系數小于穩定系數臨界值，則三維邊坡不穩定。

2.根據權利要求1所述的三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：所述步驟3中包括以下步驟：

????步驟1）、確定每個條柱底面法向力和剪切力的方向：

????步驟2）、根據三個軸向力的平衡方程，解出條柱底面的法向力N^i,j和剪切力S^i,j：

????步驟3）、將法向力N^i,j和剪切力S^i,j代入到滑坡體繞三個坐標軸的力矩平衡方程，得到三維邊坡穩定性預測的方程組。

3.根據權利要求2所述的三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：步驟1）中確定每個條柱底面法向力和剪切力方向的式子：

????條柱底面上法向力方向的單位矢量為

?

????式中，f是滑裂面的函數，?為條柱底面上法向力方向的單位矢量，其中分別是該向量在x，y，z方向上的分量，；

????條柱底面上剪切力方向的單位矢量為

????式中，為條柱底面剪切力的方向向量，其中分別是該向量在x，y，z方向上的分量，???。

4.根據權利要求3所述的三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：步驟2）中三個軸向力的平衡方程為：

式中：

????U^i,j表示條柱底面孔隙水壓力，W^i,j表示條柱的自重作用力；

????，，分別是條柱的條間力方向和滑裂面的幾何形狀在x,y和z方向上對條柱底面的法向力和剪切力的影響系數；

????，，分別是條柱底面的抗剪力和孔隙水壓力在x,y和z方向上對條柱底面法向力的貢獻值；

????，，分別是條柱底面的抗剪力和孔隙水壓力在x,y和z方向上對條柱底面剪切力的貢獻值；

????，分別是條柱重力對條柱底面的法向力和剪切力的貢獻值。

5.根據權利要求4所述的三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：步驟3）中滑坡體繞三個坐標軸的力矩平衡方程為：

?

????式中，α為行方向的條柱間作用力與水平面夾角，β為列方向的條柱間作用力與水平面夾角，Fs為穩定系數值。

6.根據權利要求5所述的三維邊坡穩定性預測方法，其特征是：求解不同滑裂面寬度b下的三維邊坡穩定系數值Fs，由Levenberg-Marquardt最小二乘法擬合出穩定系數Fs與滑裂面寬度b的非線性關系曲線，獲得關系式：

????式中b為滑坡體的寬度，a₁，a₂和a₃為待定系數。

7.根據權利要求6所述的三維邊坡的預測方法，其特征是：將滑裂面寬度b取無窮大后

得到二維邊坡穩定性的預測值。