[發(fā)明專利]一種邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的滑面邊界法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410025081.0
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN103729521B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧應(yīng)發(fā);石峻峰;劉德富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 溫珊姍

1.一種邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的滑面邊界法，其特征在于包含如下步驟：

①選取坡體作為有限元計(jì)算對(duì)象，除滑面的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和位移外，坡體表面邊界條件計(jì)算方法與常規(guī)一致，滑面以梁?jiǎn)卧右悦枋觯骓斆媪簡(jiǎn)卧獮榈?單元，沿著滑面頂面直至滑面底面的最后一個(gè)梁?jiǎn)卧来闻判蚨x為第N單元；

②在滑面垂直方向賦位移為零，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滑坡的第一次計(jì)算，獲得滑面梁?jiǎn)卧酌娴谝淮斡?jì)算的法向應(yīng)力、切向應(yīng)力和應(yīng)變，如下式(1，2)；

式中T_n,sⁱ，S_n,sⁱ分別表示滑面第i次計(jì)算所得的法向應(yīng)力、切向應(yīng)力和法向應(yīng)變、切向應(yīng)變矩陣，σ_n^m,i，τ_s^m,i，ε_n^m,i和ε_s^m,i分別表示第m單元第i次計(jì)算所得的法向應(yīng)力、切向應(yīng)力、法向應(yīng)變和切向應(yīng)變；n表示法向，s表示切向，i表示計(jì)算次數(shù)；

比較每一單元第一次計(jì)算所得的切向應(yīng)力與計(jì)算所得的法向應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的臨界摩阻力的大小，如果計(jì)算得到1～k單元切向應(yīng)力大于臨界摩阻力，相應(yīng)單元第二次計(jì)算時(shí)的力邊界條件等于臨界摩阻力；對(duì)于某單元計(jì)算所得切向應(yīng)力絕對(duì)值小于臨界摩阻力，下次計(jì)算時(shí)不作為初始條件，這些單元?jiǎng)t為k+1～N單元；

Δτ_s^k,L＝τ_crit^k,L，L∈(1,k) (3)

③進(jìn)行第二次計(jì)算，相對(duì)應(yīng)1～k及k+1～N個(gè)單元力的初始應(yīng)力及應(yīng)變邊界條件分別如下式

式中：T_n,s^B,2,S_n,s^B,2分別為第二次計(jì)算時(shí)初始應(yīng)力及應(yīng)變邊界條件矩陣，按上述(4)和(5)式，進(jìn)行第二次計(jì)算所得的滑面單元的法向應(yīng)力及切向應(yīng)力矩陣見式(6)

首先對(duì)1～N單元進(jìn)行判定，按(6)式的法向應(yīng)力以下式計(jì)算對(duì)應(yīng)的臨界摩阻力

式中，為第N_k單元第i次計(jì)算所得臨界摩阻力，為第N_k單元第i次計(jì)算所得法向應(yīng)力；

對(duì)于已經(jīng)施加了臨界摩阻力的滑面對(duì)應(yīng)單元，比較法向應(yīng)力大小，當(dāng)此時(shí)按(8)式計(jì)算的法向應(yīng)力之差絕對(duì)值的最大值大于某定值D₁時(shí)，重新對(duì)該單元切向應(yīng)力按式(9)賦值；

|σ_n^L,2-σ_n^L,1|_max≥D₁ N_k∈(1,k) (8)

對(duì)于未賦臨界摩阻力的單元，當(dāng)切向應(yīng)力絕對(duì)值大于臨界摩阻力時(shí)，對(duì)這樣的單元施加臨界摩阻力如下式(10)

如第k_i單元第2次計(jì)算，施加的摩阻力假定k_i∈(k,m)；

按照上述計(jì)算，在進(jìn)行第三次計(jì)算時(shí)，1～N個(gè)滑面應(yīng)力及應(yīng)變邊界條件分別為

④重復(fù)步驟③，計(jì)算直至多次，對(duì)于已經(jīng)施加了臨界摩阻力的滑面對(duì)應(yīng)單元，比較法向應(yīng)力大小，當(dāng)此時(shí)與上一次計(jì)算的法向應(yīng)力之差絕對(duì)值的最 大值小于某定值D₁時(shí)，則可以結(jié)束計(jì)算；

式中，i為計(jì)算次數(shù)，m為施加臨界摩阻力單元數(shù)；

此時(shí)記下法向應(yīng)力和切向應(yīng)力以及切向應(yīng)變其中

N_k∈(1,N)。

2.一種基于權(quán)利要求1所述的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的滑面邊界法的綜合下滑力—抗滑力穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法，其特征在于包含如下步驟：

對(duì)每個(gè)沿滑面單元的切向應(yīng)力和臨界摩阻應(yīng)力轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的力，并求其矢量和，分別形成綜合下滑力P_s和綜合摩阻力T，且分別與水平軸形成的最小夾角為α_s和α_f，穩(wěn)定性系數(shù)為

式(33)的物理意義為單位下滑力所產(chǎn)生的抗力。

3.一種基于權(quán)利要求1所述的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的滑面邊界法的主下滑力法，其特征在于包含如下步驟：

求解1～m滑面單元的剩余切向應(yīng)力并轉(zhuǎn)化為剩余推力，形成最大剩余推力的矢量和，定義為P^m，且與X軸的最小夾角為α_s^m；將m+1至N每個(gè)單元的剩余抗滑應(yīng)力轉(zhuǎn)化為剩余摩阻力，求其矢量和，形成綜合剩余摩阻力T^m-n，其與水平軸的最小夾角為α_f^m-n，定義為富余系數(shù)F_f,s

式(34)的物理意義為沿主滑方向單位剩余下滑力所具有的富余阻滑抗力，對(duì)比現(xiàn)行穩(wěn)定系數(shù)分類，對(duì)于大型邊坡，穩(wěn)定系數(shù)在0.0～0.05之間為欠穩(wěn)定，在0.05～0.1之間為基本穩(wěn)定，大于0.1為穩(wěn)定。