[發明專利]一種邊坡穩定性計算的滑面邊界法

有效

• 申請號: 201410025081.0
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103729521B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 盧應發;石峻峰;劉德富
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及邊坡工程穩定性評價及防治技術領域，具體的說是一種邊坡穩定性計算的滑面邊界法。

背景技術

邊坡穩定性分析現行主要采用的是極限平衡條分法、有限單元強度折減法等。傳統的極限平衡條分法對于給定滑動面的物理力學參數取臨界狀態參數，且假定滑動面同時處于臨界應力狀態，為了使問題變得靜定可解，各種極限平衡條分法都對條塊底邊上法向力的作用點以及條間推力的方向或作用線作了不同的假定，從而使穩定性分析方法的嚴密性受到損害，再加上對臨界摩阻力進行折減，計算所得推力等應力場不能反應實際情況。有限單元數值計算強度折減法采用的本構方程是理想彈塑性方程，這種本構方程適宜描述殘余應力狀態，且對摩阻力同樣也是進行折減，因而使力和位移場不具有和實際現場進行比較的可能性，計算所得穩定系數與極限平衡條分法所得值不能進行比較。另外，引起邊坡有限元法計算不收斂的原因很多，如：a)當坡體由多種不同物質組成，剛度相對滑床較大(也即是：某一坡體剛度K₁,K₂或K₃等小小于滑床剛度KC)，b)當滑面剛度KH₁,KH₂或KH₃相對滑床剛度KC較大，c)計算所得局部變形較大，d)當滑面貫通時等。這四種因素中，任一因素都會引起計算不收斂。而現有技術中沒有對相關問題加以解決，計算結果具有不確定性。

發明內容

本發明的目的是提出一種邊坡穩定性計算的滑面邊界法，只取滑體作為邊坡穩定分析的計算對象，克服了現行邊坡穩定性計算不收斂的難題，并可實施邊坡漸進穩定性破壞過程分析，計算結果可與傳統極限平衡條分法比較，新的穩定系數具有不同的物理意義，使現行邊坡監測結果可應用于邊坡穩定性評價。

一種邊坡穩定性計算的滑面邊界法，包含如下步驟：

1、選取坡體作為有限元計算對象，除滑面的正應力、剪應力和位移外，坡體表面邊界條件計算方法與常規一致，滑面可以以梁單元加以描述，滑面頂面梁單元為第1單元，沿著滑面頂面直至滑面底面的最后一個梁單元依次排序定義為第N單元；

2、在滑面垂直方向賦位移為零或一定規律的關系式，在此基礎上進行滑坡的第一次計算，獲得滑面梁單元底面第一次計算的法向應力、切向應力和應變，如下式(1，2)；

式中：分別表示滑面第i次計算所得的法向應力、切向應力和法向應變、切向應變矩陣，和分別表示第m單元第i次計算所得的法向應力、切向應力、法向應變和切向應變；n：表示法向，s：表示切向，i：表示計算次數。

比較每一單元第1次計算所得的切向應力與計算所得的法向應力相對應的臨界摩阻力的大小，如果計算得到1～k單元切向應力大于臨界摩阻力，相應單元第二次計算時的力邊界條件等于臨界摩阻力；對于某單元計算所得切向應力絕對值小于臨界摩阻力，下次計算時不作為初始條件，這些單元則為k+1～N單元。

3、進行第二次計算，相對應1～k及k+1～N個單元力的初始應力及應變邊界條件分別如下式

式中：分別為第二次計算時初始應力及應變邊界條件矩陣，按上述(4)和(5)式，進行第二次計算所得的滑面單元的法向應力及切向應力矩陣見式(6)

首先對1～N單元進行判定，按(6)式的法向應力以下式計算對應的臨界摩阻力：

式中，為第N_k單元第i次計算所得臨界摩阻力，為第N_k單元第i次計算所得法向應力；。

對于已經施加了臨界摩阻力的滑面對應單元，比較法向應力大小，當此時按(8)式計算的法向應力之差絕對值的最大值大于某定值D₁時，重新對該單元切向應力按式(9)賦值。

對于未賦臨界摩阻力的單元，當切向應力絕對值大于臨界摩阻力時，對這樣的單元施加臨界摩阻力如下式(10)

如第k_i單元第2次計算，施加的摩阻力假定k_i∈(k,m)；

按照上述計算，在進行第三次計算時，1～N個滑面應力及應變邊界條件分別為：

4、重復步驟3，計算直至多次，對于已經施加了臨界摩阻力的滑面對應單元，比較法向應力大小，當此時與上一次計算的法向應力之差絕對值的最大值小于某定值D₁時，則可以結束計算；