[發(fā)明專利]一種基于滑動(dòng)帶的土坡穩(wěn)定分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710599386.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN107480342B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高瑋;王家超;馮威;王加勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;E02D1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 韓蓮

1.一種基于滑動(dòng)帶的土坡穩(wěn)定分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、測(cè)量土坡，獲得土坡的坡高、坡率、粘聚力、內(nèi)摩擦角以及土重度參數(shù)值；采用有限元分析軟件對(duì)土坡進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出等效塑性破壞區(qū),并據(jù)此確定土坡滑動(dòng)帶邊界；

步驟二、采用Janbu法模擬得出土坡較危險(xiǎn)滑動(dòng)面；較危險(xiǎn)滑動(dòng)面為采用土坡穩(wěn)定分析條分法得到的安全系數(shù)較小的若干滑動(dòng)面；安全系數(shù)較小的滑動(dòng)面為在Geoslope中采用Janbu法模擬得出土坡較危險(xiǎn)滑動(dòng)面時(shí)，同時(shí)得到按升序排列的安全系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面，并采用倒序的方式從按升序排列的安全系數(shù)中選取足夠多的安全系數(shù)，并獲得選取的安全系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面，安全系數(shù)選取數(shù)量能保證后續(xù)參與加權(quán)處理的合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的數(shù)量可滿足30-40個(gè)；其中安全系數(shù)最小的滑動(dòng)面為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面；

步驟三、分析步驟二得到的較危險(xiǎn)滑動(dòng)面，找出完整分布于滑動(dòng)帶邊界范圍內(nèi)的較危險(xiǎn)滑動(dòng)面，得到合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面；合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的計(jì)算方法為：假設(shè)滑動(dòng)帶分布邊界為圓弧，較危險(xiǎn)滑動(dòng)面上任意一點(diǎn)i均滿足d₁(i)≥R_bnd1且d₂(i)≤R_bnd2，0≤i≤N；d₁(i)為點(diǎn)i到滑動(dòng)帶左側(cè)邊界圓心O_bnd1的距離；d₂(i)為點(diǎn)i到滑動(dòng)帶右側(cè)邊界圓心O_bnd2的距離；R_bnd1為滑動(dòng)帶左側(cè)邊界圓弧的半徑；R_bnd2為滑動(dòng)帶右側(cè)邊界圓弧的半徑；N為在任一較危險(xiǎn)滑動(dòng)面上所搜點(diǎn)數(shù)目；

式中，x_bnd1為滑動(dòng)帶左側(cè)邊界圓弧的圓心橫坐標(biāo)；y_bnd1為滑動(dòng)帶左側(cè)邊界圓弧的圓心縱坐標(biāo)；

x(i)為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面上任意一點(diǎn)i的橫坐標(biāo)：

x(i)＝x_exit+(i-1)×Δ，1≤i≤N，

x_enter為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的滑入點(diǎn)橫坐標(biāo)：

x_exit為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的滑出點(diǎn)橫坐標(biāo)，

當(dāng)滑出點(diǎn)位于坡面時(shí)，滑出點(diǎn)橫坐標(biāo)x_exit為：

式中

滑出點(diǎn)位于坡腳時(shí)，滑出點(diǎn)橫坐標(biāo)x_exit為：

其中，x₁為坡腳橫坐標(biāo)；y₁為坡腳縱坐標(biāo)；x₂為坡肩橫坐標(biāo)；y₂為坡肩縱坐標(biāo)；x_dgr為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心橫坐標(biāo)；y_dgr為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心縱坐標(biāo)；R_dgr為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的半徑；

y(i)為較危險(xiǎn)滑動(dòng)面上任意一點(diǎn)i的縱坐標(biāo)：

步驟四、將步驟三得到的合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面按親近距離由小到大排序，并按正序選擇n個(gè)合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面；親近距離是用來衡量任一合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面間的相對(duì)接近程度，并且親近距離越小的滑動(dòng)面與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面越接近；親近距離的計(jì)算方法為：

在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上，以滑入點(diǎn)為起點(diǎn)，滑出點(diǎn)為終點(diǎn)，將圓弧等分為n份，則等分點(diǎn)為n+1個(gè)，依次記為A₁,A₂,......,A_k,......A_n+1，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為(x_A1,y_A1),(x_A2,y_A2),…,(x_Ak,y_Ak),......,(x_A(n+1),y_A(n+1))；

連接等分點(diǎn)A_k與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心O_m，連線或其延長線將與合理“較危險(xiǎn)”滑動(dòng)面交于點(diǎn)B_k，點(diǎn)B_k的坐標(biāo)為(x_Bk，y_Bk)；記|A_kB_k|為A_kB_k間的距離，則|A_kB_k|能描述合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面在該點(diǎn)處的接近程度；親近距離

步驟五、對(duì)步驟四中選擇的n個(gè)合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的安全系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，得到土坡安全系數(shù)，即測(cè)算出土坡的穩(wěn)定性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動(dòng)帶的土坡穩(wěn)定分析方法，其特征在于，步驟五中，選擇的n個(gè)合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的安全系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，得到土坡安全系數(shù)采用的加權(quán)函數(shù)及加權(quán)算法為：

加權(quán)函數(shù)：

λ＝1的指數(shù)分布概率密度函數(shù)：設(shè)需對(duì)n個(gè)合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，其中n＞0，該密度函數(shù)只在x軸正半軸有意義，且當(dāng)x≈10.1時(shí)，對(duì)應(yīng)的函數(shù)值y≈0；將區(qū)間[0，10.1]劃分成n個(gè)小區(qū)間，每個(gè)小區(qū)間長度s＝10.1/n，將之前按親近距離排序的安全系數(shù)以從小到大依次對(duì)應(yīng)到劃分的小區(qū)間(安全系數(shù)依次記為F_s1，F(xiàn)_s2，…，F(xiàn)_sj，…，F(xiàn)_sn)，如排序第1的安全系數(shù)F_s1對(duì)應(yīng)區(qū)間(0,s]，排序第j的安全系數(shù)F_sj對(duì)應(yīng)區(qū)間((j-1)s,js]，則安全系數(shù)F_sj的權(quán)重β_ej為該概率密度函數(shù)在第j個(gè)小區(qū)間上的積分，為

其中：F_sj為經(jīng)篩選排序后的第j個(gè)合理較危險(xiǎn)滑動(dòng)面所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)；β_ej為λ＝1的指數(shù)分布概率密度函數(shù)在第j個(gè)小區(qū)間上的積分,亦為安全系數(shù)F_sj的權(quán)重系數(shù)；

加權(quán)算法：

土坡安全系數(shù)F_s為