[發(fā)明專利]渣土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性圓弧法分析的一種簡單方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010428014.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN111611639A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉照朗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東安元礦業(yè)勘察設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/20;G06F17/11;G06Q50/08;G06F111/10;G06F119/14
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本申請(qǐng)屬采礦和巖土工程技術(shù)領(lǐng)域；對(duì)于堅(jiān)硬地基渣土場(chǎng)，邊坡失穩(wěn)的滑動(dòng)弧與地基線大致在坡腳點(diǎn)相切；據(jù)此解析，可得到用于穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算的系列公式；引入常用辦公軟件Excel工作表，植入相應(yīng)計(jì)算公式；用插入數(shù)據(jù)試算逼近法，能夠容易的得到最小穩(wěn)定性安全系數(shù)以及滑動(dòng)弧的各項(xiàng)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本申請(qǐng)屬采礦和巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景：

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2002)在‘5.2.2’節(jié)規(guī)定：邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，‘土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算’；《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51016—2014) 和《冶金礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51119—2015)也都推薦了這種邊坡穩(wěn)定性分析的圓弧法；這種圓弧法就是業(yè)內(nèi)人士共知的瑞典圓弧法(或稱費(fèi)倫紐斯太沙基條分圓弧法)，其大致內(nèi)容是：渣土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)的滑動(dòng)弧接近是一條圓弧，將該滑動(dòng)圓弧中的渣土體，隨機(jī)劃分成n個(gè)豎直條塊，每個(gè)條塊自重G_i＝H_i.b_i.γ，式中：H_i是條塊均高度，b_i是條塊寬度，γ是渣土體重度；每個(gè)條塊的底弧傾角是α_i，下滑力是G_iSinα_i，摩擦阻力是(是渣土內(nèi)摩擦角)，粘聚阻力是cS_i(c是粘聚力，S_i是條塊底弧長度)；對(duì)于普通渣土場(chǎng)，堆積體內(nèi)一般沒有地下水位作用，頂部也沒有附加建筑物負(fù)荷，當(dāng)忽略地震力作用時(shí)，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算公式為：該圓弧法計(jì)算的關(guān)鍵在于：最終成立的安全系數(shù)滑動(dòng)弧必須是所有可能滑動(dòng)弧中安全系數(shù)最小的一條滑動(dòng)弧，所計(jì)算出的安全系數(shù)必須是最小安全系數(shù)；這種計(jì)算方法，業(yè)內(nèi)人士已耳熟能詳；但關(guān)鍵是如何找到那條安全系數(shù)最小的滑動(dòng)弧，也就是業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員常說的尋找最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧圓心。

《土力學(xué)》(高等學(xué)校教材，天津大學(xué)楊進(jìn)良主編，第二版)在第九章中，較詳細(xì)的闡述了這種瑞典圓弧法的應(yīng)用，并提出了最危險(xiǎn)圓心的概率位置區(qū)間；但是，具體操作仍非常繁瑣：每假定一個(gè)滑動(dòng)弧圓心，要通過坡腳點(diǎn)——附圖1中的A點(diǎn)做出假想滑動(dòng)弧(費(fèi)倫紐斯認(rèn)為，在內(nèi)摩擦角較小的情況下，最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧通過或接近坡腳點(diǎn))，然后分條、測(cè)量和計(jì)算G_i、Cosα_i、Sinα_i、S_i等參數(shù)，從而求得第一個(gè)假想滑動(dòng)弧的穩(wěn)定性安全系數(shù)；之后，再繼續(xù)求出許多個(gè)假想滑動(dòng)弧的穩(wěn)定性安全系數(shù)，反復(fù)比較后，才能最終確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧和最小穩(wěn)定性安全系數(shù)；這種方法的工作量是相當(dāng)大的，以至讓許多工程設(shè)計(jì)人員望而生畏；業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員曾試驗(yàn)：按照《土力學(xué)》推薦的這種方法，利用現(xiàn)有計(jì)算器和CAD繪圖軟件，尋找一個(gè)案例的最危險(xiǎn)圓心，大概要花費(fèi)幾天甚至十幾天功夫；因此，《土力學(xué)》在本章節(jié)中又記述到：“近年來一些學(xué)者和工程技術(shù)人員研究應(yīng)用優(yōu)化方法尋找具有最小安全系數(shù)的任意滑動(dòng)面獲得成功。…這一工作必須借助計(jì)算機(jī)和編制的程序進(jìn)行”；可見，這種圓弧法計(jì)算仍是工程學(xué)界的一大難題。

在許多渣土場(chǎng)設(shè)計(jì)案例中，安監(jiān)部門審查方案時(shí)都要求出具渣土場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)的定量數(shù)據(jù)，但是并沒有看到國家技術(shù)權(quán)威部門發(fā)布的優(yōu)化計(jì)算方法；市場(chǎng)上倒是流傳有‘某某軟件公司’或‘某某研究所’發(fā)售的許多計(jì)算軟件，然而暗箱數(shù)據(jù)、弄虛作假者居多，計(jì)算成果難以令人信服；本發(fā)明旨在通過傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的解析運(yùn)算，找到一種業(yè)內(nèi)人士都能夠理解的方法，再利用常規(guī)辦公軟件Excel工作表的計(jì)算功能，方便的找到最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧圓心并求得最小穩(wěn)定性安全系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容：