[發明專利]巖質邊坡楔形體最優錨固角的計算方法

有效

• 申請號: 201310206747.8
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103266617A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 李澤;張立翔;曾云
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: E02D17/20
• 分類號: E02D17/20;G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種巖質邊坡楔形體最優錨固角的計算方法，其特征在于通過下列步驟：基于塑性力學的基本理論，假設楔形體為剛性塊體、假設楔形體滑面上的法向力與剪力滿足Mohr-Coulomb屈服條件，將楔形體錨固力的方向角作為優化變量，建立以楔形體的穩定安全系數作為目標函數并同時滿足平衡條件、屈服條件和邊界條件的非線性數學規劃模型，最后使用優化算法求解使穩定安全系數最大的錨固力最優方向角。

2.根據權利要求書1所述的巖質邊坡楔形體最優錨固角的計算方法，其特征在于具體經過下列各步驟：

（1）加錨楔形體的力學受力分析

對于楔形體邊坡，楔形體巖塊的形心上作用有力向量為????????????????????????????????????????????????，分別為在總體坐標系坐標軸（X，Y，Z）方向上的分量；

假設楔形體上布設的錨桿的錨固力通過楔形體巖塊的形心，如圖3所示，錨固力與總體坐標系坐標軸（X，Y，Z）的夾角分別為；

楔形體共包括兩個滑面：第一個滑面為△ABO，第二個滑面為△CBO，線BO為兩滑面的交線，如圖4所示；滑面上的局部坐標系定義為（，，），平行于交線BO，垂直于交線BO，為滑面法線方向，為總體坐標系和滑面局部坐標之間的轉換矩陣；第一個滑面△ABO的形心上作用的力向量為，其中、為剪力，為法向力；第二個滑面為△CBO的形心上作用的力向量為，其中、為剪力，為法向力；

（2）目標函數

對于楔形體的穩定性問題，將強度儲備系數作為安全系數，將楔形體滑面的強度儲備系數作為目標函數，并尋求其最大值；定義強度儲備系數為，其中，分別為楔形體滑面原始的凝聚力和摩擦角，，分別為楔形體滑面進行強度折減以后的凝聚力和摩擦角；

（3）約束條件

約束條件包括：巖塊的平衡條件、滑面的屈服條件、邊界條件；

①巖塊的平衡方程：

對于楔形體巖塊形心受力，其受到外力、結構面上的剪力、結構面上的法向力以及錨固力而保持平衡，其平衡方程為：

②滑面屈服條件：

在外荷載作用下，當荷載達到或超過某一極限值時，楔形體邊坡就產生破壞，假定楔形體巖塊為剛體，其不會產生任何破壞，巖體的破壞只發生在楔形體滑面上，楔形體滑面滿足Mohr-Coulomb屈服條件式，楔形體兩個滑面上的屈服條件寫為：

求解強度儲備系數K時，將帶入上式得到：

③邊界條件：

楔形體的頂面（△ABC）以及坡面（△ACO）均為臨空面，其上無外荷載作用，因此其邊界條件表達式為：

（4）求解楔形體最優錨固角的非線性數學規劃模型

為了充分發揮錨桿的錨固作用，需要尋求使楔形體安全系數K取最大值時所對應的錨固力最優角度，因此求解楔形體最優錨固角的非線性數學規劃模型以安全系數為目標函數，以平衡條件、屈服條件和邊界條件為約束條件，數學模型具體表達式為：

（5）求解最大安全系數和最優錨固角

以上得到的數學模型為一個非線性數學規劃模型，對其進行求解，計算結果包括錨固力的最優錨固方向角以及相應的最大安全系數。