[發明專利]基于條間法向力分布特征的邊坡穩定性極限平衡計算方法

有效

• 申請號: 201910266211.2
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109914379B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 吳順川;韓龍強;張小強;程海勇;任義
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00;E02D17/20
• 代理公司: 53113 昆明合眾智信知識產權事務所
• 代理人: 朱維

本發明涉及一種基于條間法向力分布特征的邊坡穩定性極限平衡計算方法，屬于邊坡穩定性技術領域。本發明針對傳統極限平衡條分法在分析邊坡穩定性時未考慮條間法向力分布形式，即不同推力線作用位置對安全系數的影響，在既有的極限平衡條分法基礎上，進一步考慮條間法向力分布特征，即推力線作用位置的分布，提出的考慮條間法向力分布特征的改進極限平衡計算方法，運用本發明提出的改進極限平衡Spencer法計算深凹滑面結果發現，改進極限平衡法與傳統極限平衡法在安全系數方面誤差較大，誤差值高達20％左右，本發明方法具有簡便、可靠的特點，將為邊坡穩定性分析提供更準確的結果，不僅可以提高工程安全性，而且能節省施工成本，提高工程經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種基于條間法向力分布特征的邊坡穩定性極限平衡計算方法，屬于邊坡穩定性技術領域。

背景技術

極限平衡條分法是巖土工程領域普遍應用的一種邊坡穩定性分析方法，其原理是把巖土體劃分為一系列條塊，按照極限平衡原則，對各條塊進行受力分析，求解邊坡安全系數。極限平衡法根據不同的平衡條件和不同的條間力假設，又可分為Fellenius法、簡化Bishop法、Spencer法和Morgenstern-Price法等。Duncan、吳順川等對以上各種極限平衡條分法的計算精度做了對比分析，并指出了不同方法的適用范圍。針對極限平衡條分法中存在的問題，國內外學者進行了許多研究與改進，比如陳祖煜在總結土坡極限平衡條分法基礎上，提出了條分法的普遍平衡方程式，解決了可能遇見的數值收斂問題；朱大勇等人重新推導了更為簡潔實用的安全系數計算公式，解決了極限平衡法條分法中的計算不收斂問題，提高了計算速度與精度；鄒廣電等基于塑性力學原理，考慮所有條間力作用，提出了一種與傳統極限平衡法銜接的改進條分法。劉秀軍根據經典土壓力理論和條塊端部的邊界條件，對條間力夾角進行求解，省去了傳統Spencer法盲目假定一系列夾角值的復雜性。王振等引入“剪應力-剪切位移本構模型”，建立一種可以考慮巖土體抗剪能力與剪切位移關系的改進Janbu法。鄭穎人等定義一個滑動面相對于條塊界面的形狀參數，對Sarma法的條間剪力方程進行了修正。Fredlund、陳祖煜等人將二維極限平衡法引申到三維，對滑動面應力進行合理假設，使得計算結果更符合實際。

現有技術中對極限平衡條分法進行了各種修正與優化，但鮮有考慮條間法向力分布特征，即合力推力線作用位置不同時的極限平衡方法。傳統條分法假設推力作用線的位置位于條塊底部，忽略了其他位置對計算結果的影響。事實上，條塊間法向力的分布形式對計算結果的影響是不可忽略的。

發明內容

本發明針對傳統極限平衡條分法在分析邊坡穩定性時未考慮條間法向力分布形式，即不同推力線作用位置對安全系數的影響，在既有的極限平衡條分法基礎上，進一步考慮條間法向力分布特征，即推力線作用位置的分布，提供一種基于條間法向力分布特征的邊坡穩定性極限平衡計算方法，本發明為邊坡穩定性的極限平衡法增加了一種更加完整、應用普遍、使用效果好的計算方法，避免了非必要或者過量的施作邊坡保護措施，對邊坡穩定性計算方法具有現實意義。

一種基于條間法向力分布特征的邊坡穩定性極限平衡計算方法，具體步驟如下：

(1)對于給定滑體，垂直劃分成若干個寬度相等的條塊，傳統極限平衡Spencer法中，設各條塊間的作用力相互平行，即θ_i＝θ為常量，條塊兩側條間合力△P，即條塊兩側面的條間力之差，為：

(2)滑面為圓弧滑面時，對于整個邊坡，各條塊條間力合力總和為0，即：

∑(P_i+1-P_i)＝0 (2)

(3)在條塊力矩平衡求解過程中，設各條塊條間合力△P作用在條塊底面，故它在滑動面切向的分力為：(P_i+1-P_i)cos(α_i-θ)，切向分力到轉動中心O的力臂為R_i，建立整體力矩平衡方程為：