[發明專利]一種考慮轉動效應的巖質邊坡極限承載力分析下限法

有效

• 申請號: 201710381897.0
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107330145B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 李澤;彭普;周宇;張小艷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E02D17/20;E02D1/02
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本發明涉及一種同時考慮巖體平動和轉動效應的承載力分析下限法，屬于巖質邊坡穩定性分析技術領域。本發明采用剛性塊體單元將其離散為剛性巖塊+結構面的幾何系統，以結構面的法向力、剪力、彎矩為未知量，構建同時滿足剛性塊體單元考慮平動、轉動效應的平衡方程、結構面剪切屈服條件、結構面拉伸屈服條件和結構面轉動屈服條件以及靜力邊界條件的靜力許可應力場，以超載系數為目標函數，建立下限法線性數學規劃模型；采用內點算法對線性數學規劃模型求解，同時采用迭代算法求解強度儲備系數，獲得節理巖質邊坡的超載系數或強度儲備系數的下限解和對應的屈服區。本發明概念明確、計算精度高，可應用于節理巖質邊坡平動或轉動破壞的承載力分析。

技術領域

本發明是一種同時考慮巖體平動和轉動效應的節理巖質邊坡極限承載力分析下限法，特別涉及一種同時考慮巖體結構面剪切破壞、拉伸破壞和轉動破壞的承載力分析法。屬于巖質邊坡穩定性分析技術領域。

背景技術

節理巖質邊坡的失穩是一種常見的地質災害。在國內外公路、鐵路、礦山和水利水電等工程中均碰到大量節理巖質邊坡失穩破壞的災難性事故，如國內天生橋二級水電站邊坡傾倒破壞、金川露天礦邊坡失穩破壞等等。節理巖質邊坡的承載力和穩定性評價方法已成為了巖土工程界必須解決的重要技術問題。

節理巖質邊坡由于內部存在著大量的節理、裂隙，使得其力學特性非常復雜。節理巖質邊坡一般認為是由巖塊和結構面組成的復雜系統，巖塊的運動方式一般可分為平動和轉動，結構面的破壞模式也呈現多樣化。巖塊平動滑移破壞問題相對簡單，巖塊轉動傾倒破壞問題則比較復雜，一般巖塊的轉動傾倒破壞可分為塊狀傾倒、彎曲傾倒和塊狀彎曲傾倒等類型。自20世紀50年代以來，巖體平動破壞和轉動破壞的研究就已經被重視。為了解決巖體平動、轉動傾倒的穩定性分析問題，基于極限平衡原理的邊坡穩定計算方法被提了出來，并且被廣泛應用于工程中。這種方法一般對巖塊變形失穩模式做一些假定，把巖質邊坡的滑體分為穩定區、傾倒區或滑動區，但對一些特殊問題其合理性有待驗證。其后，很多數值方法被提出來用于巖體平動、轉動破壞失穩的分析計算，比如有限單元法、離散單元法、塊體單元法、DDA等。同時，巖質邊坡平動、轉動的破壞物理模型試驗也被廣泛應用于工程實踐。

就目前的研究成果來說，同時考慮平動、轉動效應的節理巖質邊坡的承載力分析領域還存在一些有待于進一步探討的問題。具體不足表現在：

(1)很多分析方法不能同時考慮巖體的平動和轉動效應，比如剛體極限平衡法、有限元法等一般只能考慮巖體的平動效應，但是工程實踐表明巖體的轉動效應是非常重要、不可或缺的，比如：對于順層節理巖質邊坡而言轉動破壞是其主要破壞模式。

(2)節理巖質邊坡中的結構面破壞的模式也非常多樣，一般認為包括三種：滑移剪切破壞、拉伸破壞和轉動破壞，但現有的分析方法很難同時考慮這三種破壞模式。

(3)在極限分析領域，特別是下限法分析領域，研究巖體同時考慮平動、轉動效應的研究成果較少。

本發明基于國家自然科學基金項目(資助編號：51564026)的研究工作，將塑性極限分析下限法理論、剛性塊體單元離散技術以及數學規劃手段結合起來，提出一種同時考慮平動、轉動效應的巖質邊坡極限承載力分析的下限法。

發明內容

本發明的目的是提供一種同時考慮巖體平動和轉動效應的節理巖質邊坡極限承載力分析下限法，為節理巖質邊坡穩定性分析提供一種新方法。