[發明專利]一種降雨條件下的邊坡三維穩定性預測方法

有效

• 申請號: 201610405311.5
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106093344B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 周小平;陳洪;程浩;壽云東;畢靖
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 重慶大學專利中心50201
• 代理人: 唐開平

1.一種降雨條件下邊坡的三維穩定性預測方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1、根據待預測的邊坡，確定土體強度參數和土體滲透參數，選定邊坡坡體表面幾何尺寸和三維滑面形狀，將滑裂面形狀和邊坡表面形狀用代數方程表示；確定需要進行滲流分析截面的幾何尺寸，設定不同降雨強度、降雨持時和降雨型式的組合條件，進行滲流分析；

步驟2、將邊坡進行離散化，滑坡體被垂直離散為m行和n列土柱，每個土柱按所在的行號i和列號j定義為[i、j]；假定行方向的土柱間作用力與水平面夾角為±α，假定列方向的土柱間作用力與水平面夾角為±β；

步驟3、利用有限元軟件GEO/SEEP，建立邊坡滲流模型，計算滑坡體內的孔隙水壓力分布情況，得到孔隙水壓力分布圖，獲得各位置點的孔隙水壓力；

步驟4、建立降雨條件下邊坡三維極限平衡方程組，通過聯立方程組解得的邊坡穩定系數Fs；

步驟5、求得不同降雨強度、降雨持時和降雨型式下邊坡的最小穩定系數，將該最小穩定系數與邊坡穩定臨界值進行比較，若該最小穩定系數大于邊坡穩定的臨界值，則該邊坡處于穩定狀態；若該最小穩定系數小于邊坡穩定的臨界值，則該邊坡處于失穩狀態。

2.根據權利要求1所述的降雨條件下邊坡三維穩定性預測方法，其特征是，步驟4中，沿三個軸向方向的力的平衡方程為：

(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)nxi,j+Si,jlxi,j+Gi+1,jcosβ-Gi,jcosβ=0---(1)]]>

(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)nyi,j+Si,jlyi,j+Qi,j+1cosα-Qi,jcosα=0---(2)]]>

(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)nzi,j+Si,jlzi,j+Gi+1,jsinβ-Gi,jsinβ+Qi,j+1sinα-Qi,jsinα-Wi,j=0---(3)]]>

式(1)、(2)和(3)中：

N^i,j為第[i,j]土柱底面支持力；

U_w^i,j為第[i,j]土柱底面孔隙水壓力的合力；

U_a^i,j為第[i,j]土柱底面孔隙氣壓力的合力；

S^i,j為第[i,j]土柱底面的剪切力；

Q^i,j為第[i,j-1]土柱與第[i,j]土柱之間的條間力；

Q^i,j+1為第[i,j]土柱與第[i,j+1]土柱之間的條間力；

G^i,j為第[i-1,j]土柱與第[i,j]土柱之間的條間力；

G^i+1,j為第[i,j]土柱與第[i+1,j]土柱之間的條間力；

W^i,j為第[i,j]土柱的重力；

α行方向的土柱間作用力與水平面夾角；

β列方向的土柱間作用力與水平面夾角；

表示第[i,j]土柱底面上正應力的x方向余弦；

表示第[i,j]土柱底面上正應力的y方向余弦；

表示第[i,j]土柱底面上正應力的z方向余弦；

表示第[i,j]土柱底面上剪應力的x方向余弦；

表示第[i,j]土柱底面上剪應力的y方向余弦；

表示第[i,j]土柱底面上剪應力的z方向余弦；

每個土柱的支持力和剪切力：

式(5)、(6)中：

c為巖土體的有效粘聚力；

為巖土體的有效內摩擦角；

為抗剪強度隨基質吸力變化的內摩擦角；

A^i,j為[i,j]土柱橫截面的面積；

F_s為邊坡穩定系數；

所有力繞x、y、z軸方向的力矩分別為：

Σi=1mΣj=1n{-[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jy+Si,jli,jy]zΔGi,j/ΔQi,j+[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jz+Si,jli,jz]yΔGi,j/ΔQi,j-Wi,jyi,jH}=0---(7)]]>

Σi=1mΣj=1n{[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jx+Si,jli,jx]zΔGi,j/ΔQi,j-[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jz+Si,jli,jz]xΔGi,j/ΔQi,j+Wi,jxi,jH}=0---(8)]]>

Σi=1mΣj=1n{-[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jx+Si,jli,jx]yΔGi,j/ΔQi,j+[(Ni,j+Uwi,j+Uai,j)ni,jy+Si,jli,jy]xΔGi,j/ΔQi,j}=0---(9)]]>

式(7)、(8)、(9)中：

ΔG^i,j是平面ABB'A'和平面CDD'C'之間的力之差，ΔG^i,j＝G^i+1,j-G^i,j；

ΔQ^i,j是平面BCC'B'和平面ADD'A'之間的力之差，ΔQ^i,j＝Q^i,j+1-Q^i,j；

是力ΔG^i,j或者ΔQ^i,j的x坐標，其值等于點H的x坐標值；

是力ΔG^i,j或者ΔQ^i,j的y坐標，其值等于點H的y坐標值；

是力ΔG^i,j或者ΔQ^i,j的z坐標，其值等于點H的z坐標值；

是點H的x坐標值；是點H的y坐標值；

將式(5)、(6)代入上面式(7)、(8)、(9)，可求得邊坡在不同時刻的穩定系數。