[發(fā)明專利]一種傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性的三維分析方法

在審

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• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112231898A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 汪小剛;林興超;孫平;凌永玉;王玉杰;趙宇飛;張強;孫興松;皮進;聶勇;尹濤;孫彥鵬
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E02D17/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 申星宇

本發(fā)明屬于巖質邊坡穩(wěn)定性分析領域，尤其涉及一種傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性的三維分析方法，包括定義傾倒體，并對所述傾倒體進行塊體劃分，建立塊體系統(tǒng)，所述塊體系統(tǒng)包括至少一個塊體；建立所述塊體的力平衡方程和力矩平衡方程；以所述塊體的力平衡方程和力矩平衡方程為約束條件構建標準優(yōu)化模型，并通過所述標準優(yōu)化模型計算所述傾倒體的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。本發(fā)明以力和力矩平衡等式方程為基礎，以邊界滿足屈服條件不等式方程為約束條件，以邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)最大值為目標函數(shù)，從而將傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性三維分析轉化為優(yōu)化求解問題，減少誤差，有利于更好的反映傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性三維分析的力學特征和穩(wěn)定特性。

技術領域

本發(fā)明涉及巖質邊坡穩(wěn)定性分析領域，尤其涉及一種傾倒巖質邊 坡穩(wěn)定性的三維分析方法。

背景技術

傾倒破壞是巖質邊坡常見的破壞類型，根據(jù)傾倒邊坡力學特征劃 分為主要傾倒破壞和次生傾倒破壞。

關于傾倒邊坡的研究中，古德曼(Goodman)和布雷(Bray)于 1976年提出基于Block-flexure toppling模型定義和計算，之后采用求 解平衡方程的方法以及引入作用點位置或條件力分布等假定對上述 基于Block-flexure toppling模型的計算方法進行了改進和發(fā)展，從而 簡化平衡方程的求解難度，這是目前最常用的傾倒邊坡穩(wěn)定性計算方法，但這種簡化影響了方法基礎理論的嚴密性質。針對于此，現(xiàn)有技 術中建立了基于潘家錚最大原理的三維邊坡穩(wěn)定性分析方法，并取得 了較好的應用效果。但由于上述三維邊坡穩(wěn)定性分析方法沒有考慮力 矩平衡，而力矩平衡是實現(xiàn)傾倒邊坡傾倒荷載傳遞和平衡的關鍵約束 條件，在不考慮力矩平衡時傾倒邊坡分析計算結果誤差較大，不能很 好的反映三維傾倒邊坡穩(wěn)定性分析的力學特征和穩(wěn)定特性。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性 的三維分析方法，采用分析抗拉強度對邊坡穩(wěn)定性的影響來定義邊坡 穩(wěn)定安全系數(shù)，取代傳統(tǒng)的基于強度折減的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，以 力和力矩平衡等式方程為基礎，以邊界滿足屈服條件不等式方程為約 束條件，以邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)最大值為目標函數(shù)，從而將傾倒巖質邊 坡穩(wěn)定性三維分析轉化為優(yōu)化求解問題，減少誤差，有利于更好的反 映傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性三維分析的力學特征和穩(wěn)定特性。

本發(fā)明提供了一種傾倒巖質邊坡穩(wěn)定性的三維分析方法，具體包 括：

定義傾倒體，并對所述傾倒體進行塊體劃分，建立塊體系統(tǒng)，所 述塊體系統(tǒng)包括至少一個塊體；

建立所述塊體的力平衡方程和力矩平衡方程；

根據(jù)所述塊體的力平衡方程和力矩平衡方程構建標準優(yōu)化模型， 并通過所述標準優(yōu)化模型計算所述傾倒體的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

優(yōu)選的，采用塊分系統(tǒng)模型定義傾倒體，所述傾倒體通過組成所 述塊體的邊界進行定義。

優(yōu)選的，在建立所述塊體的力平衡方程之前，還包括：

設所述塊體為B_k，PO_j為構成所述塊體B_k的任一多邊形界面，在 多邊形界面(PO_j)上建立臨時局部坐標系，其中k、j為正整數(shù)；

以多邊形界面(PO_j)的法線向量為N軸正向，以多邊形界面(PO_j) 的任一邊界線段的內法線向量為Tm軸正向，根據(jù)N軸正向和Tm軸正 向并通過右手螺旋法則確定Tl軸正向。

優(yōu)選的，所述塊體B_k的力平衡方程為：

其中，lp為投影軸的方向向量：