[發明專利]具有大彎曲程度的彎曲傾倒巖體邊坡穩定性的評價方法

有效

• 申請號: 202110403469.X
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113252468B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄭俊;王炯超;呂慶;田哲祺;黃偉民;郭吉超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N3/24;G01N3/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

1.一種具有大彎曲程度的彎曲傾倒巖體邊坡穩定性的評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取層狀巖質邊坡的巖層參數；

(2)劃分自由彎曲區與協調彎曲區：

如果第m巖層是一個協調彎曲區的最上方巖層，第i、j巖層分別是第m巖層下方的某一巖層，根據公式(1)計算第m巖層固定端的剪力F_m：

式中：F_m為第m個巖層固定端的剪力；G_j為第j個巖層的重力；E_i為第i巖層的彈性模量；I_j為第j個 巖層截面的慣性矩；R_j為第j個巖層的半徑；θ_j為第j個巖層的圓心角；H_j為第j個巖層厚度；ρ_j為第j個巖層的密度；g是重力加速度；Fa為破壞面與水平面的夾角；E_m為第m巖層的彈性模量；I_m為第m個巖層截面的慣性矩；R_m為第m個巖層的半徑；

如第m巖層的固定端剪切力F_m小于其重力的下滑分量G_msin(Fa)，即認為第m層到第i層的巖層屬于同一個協調彎曲區；在層狀巖質邊坡中，不歸屬于協調彎曲區的剩余巖層均為自由彎曲區；

(3)自由彎曲區穩定性的檢驗：

假設第i個巖層是穩定的，第i個巖層與其下方的第i-1個巖層之間沒有相互作用，第i個巖層上方的第i+1個巖層已經斷裂；根據以下公式計算第i巖層的固定端受力和彎矩；

式中，F_i為第i巖層的固定端剪力；N_i為第i巖層的固定端支持力；M_i為第i巖層的固定端彎矩；G_i為第i個巖層的重力；R_i為第i個巖層的半徑；θ_i為第i個巖層的圓心角；H_i為第i巖層的厚度；與分別為第i與第i-1巖層、第i+1巖層之間的摩擦角；Q_i,i-1和Q_i,i+1分別為第i與第i-1巖層、第i+1巖層之間的壓力；α_i,i-1和α_i,i+1分別是第i和第i-1巖層、第i+1巖層之間的相互作用位置的圓心角；此時假定巖層i與i-1之間沒有相互作用力，即Q_i,i-1＝0；另外，自由彎曲區的頂部巖層k的上方沒有與其相互作用的巖層，因此Q_k,k+1＝0；k為自由彎曲區的頂部巖層序號；

在得到第i巖層固定端F_i、N_i和M_i后，由下式計算第i巖層固定端的最大拉應力σ_imax和最大剪應力τ_imax：

當最大拉應力σ_imax未達到巖石的抗拉強度且最大剪應力τ_imax未達到巖石的抗剪強度時，第i巖層是穩定的，第i巖層與第i-1巖層之間不存在相互作用；否則，第i巖層將破裂，并與第i-1巖層相互作用；

在這種情況下，根據公式(2,3,4,7,8)計算Q_i,i-1和α_i,i-1

M_i＝0 (7)

式中，為第i巖層與破壞面之間的摩擦角；

(4)計算協調彎曲區的巖層間相互作用力：

參照公式(2-5)計算巖層固定端的受力和彎矩，然后參照公式(5-6)計算巖層固定端的最大拉應力和最大剪應力；此時假定α_i-1,i＝ψmin(θ_i-1,θ_i)，ψ是相互作用力的位置系數，取值在0.75到1之間；

如果最大拉應力達不到抗拉強度并且最大剪應力達不到巖石的抗剪強度，認定該巖層是穩定的；否則，巖層會發生斷裂，需根據公式(2-4)和(7-8)重新計算巖層上的相互作用；重新計算時，不服從α_i-1,i＝ψmin(θ_i-1,θ_i)這一假定；

(5)判斷坡腳巖層及整個邊坡的穩定性：

使用公式(2-4)計算位于坡腳的第1巖層端部的支持力N₁、剪力F₁、彎矩M₁；然后按照公式(5-6)計算其端部的最大拉應力σ_1max與最大剪應力τ_1max；

傾倒邊坡的穩定性主要取決于坡腳第1層巖層的穩定性，因此將傾倒邊坡的安全系數(F_s)定義為公式(9)：

式中，SS₁是坡腳第1層巖層的抗剪強度；TS₁是坡腳第1層巖層的抗拉強度；

當F_s＜1時，邊坡是不穩定的；當F_s＝1時，邊坡處于臨界狀態；當F_s＞1時，邊坡是穩定的。