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专利号: 2019106630801
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立单裂隙模型和多裂隙模型:坡顶相邻两条裂隙间距中的最小间距记为L2,当L2>L1时,为单裂隙模型;当0≤L2≤L1时,为多裂隙模型;

其中L1的计算公式如下:

其中,γ为岩土容重,β为坡顶倾角,c为土体粘聚力, 为岩土内摩擦角;

步骤2,对裂隙后三角形体进行分析计算裂隙深度;

步骤2.1,对单裂隙模型,运用刚体极限平衡法和/或刚体极限分析上限法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出控制方程;运用最优化理论求出控制方程的最优值;

步骤2.2,对多裂隙模型,运用刚体极限平衡法和/或刚体极限分析上限法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出控制方程;运用最优化理论求出控制方程的最优值;

步骤3,根据地质调查参数,得到L1和坡顶相邻两条裂隙间距中的最小间距L2,根据L2和L1的比较结果选择适用的裂隙模型,并通过步骤2相应的裂隙模型的最优值计算得到裂隙深度。

2.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.1中,运用刚体极限平衡法求出的控制方程为:其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角。

3.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.1中,运用刚体极限平衡法的具体过程为:将裂隙后的三角形体记为△BDE,B点为主裂隙最高点,E点为主裂隙最低点,D点为裂隙后三角形体滑面顶点;

三角形体BDE的下滑力fs计算如下:其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角;

ED面的抗滑力fr计算如下:

三角形体BDE保持稳定的剩余抗滑力fsu,即:三角形体BDE剩余抗滑力等于0时,三角形体BDE在重力作用下达到平衡,fsu=0,即,整理后得到变量Z0的一元二次方程:2

AZ0+BZ0=0   (6)

其中

解式(6)得到主裂隙深度为:

2

其中,C=1+tanα,

则,

得到

进一步推导出:

将式(9)代入式(8)得

其中,Z0min为Z0的最优值。

4.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.1中,运用刚体极限分析上限法求出的控制方程为:其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角。

5.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.1中,运用刚体极限分析上限法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出控制方程,具体过程为:将裂隙模型分成上下两个土体,上部土体记为△BDE,B点为主裂隙最高点,E点为主裂隙最低点,D点为裂隙后三角形体滑面顶点,假设上部土体与下部土体都为刚体,故上部土体与下部土体在DE面上做刚体平移;

上部土体重力所作的功率是速度的垂直分量与上部土体重量的乘积,即其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角,V为滑动速度;

沿速度间断面的能量损耗率为

使内功率与外功率相等,得

所以当 时,Z0取最小,即最优值为:

6.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.2中,运用刚体极限平衡法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出的控制方程为:其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角。

7.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.2中,运用刚体极限平衡法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出控制方程,具体过程为:将裂隙后三角形体记为△BDE,B点为主裂隙最高点,E点为主裂隙最低点,D点为裂隙后三角形体滑面顶点,BE为边坡的主裂隙,在坡顶BD段,为第二裂隙发生区,假设存在次裂隙CK与BE的距离为L2,K位于DE段上,使得BCKEB达到极限平衡状态,BE上存在J点,JK与BD平行,将BCKJ土体,简化成重力荷载,线性作用在下部三角形体JKE上进行分析;

三角形体JKE的下滑力fs'为:

其中,Z1为次裂隙深度,Z0‑1为JE的长度,三角形体JKE的抗滑力fr'为:

由几何关系得:

令下滑力等于抗滑力,即fs'=fr',并联立式(19)得:其中,Z0为主裂隙深度;

令 用牛顿法求得α,从而得到最优值Z0min。

8.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.2中,运用刚体极限分析法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出的控制方程为:其中,Z0为主裂隙深度,α为滑面倾角。

9.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤

2.2中,运用刚体极限分析法对裂隙后三角形体进行受力分析并建立虚功方程,求出控制方程,具体过程为:将裂隙后三角形体记为△BDE,B点为主裂隙最高点,E点为主裂隙最低点,D点为裂隙后三角形体滑面顶点,BE为边坡的主裂隙,在坡顶BD段,为第二裂隙发生区,假设存在次裂隙CK与BE的距离为L2,K位于DE段上,BE上存在J点,JK与BD平行;

BCKEB土块重力所作的功率是速度的垂直分量与BCKEB土块重量的乘积,即其中,Z1为次裂隙深度,Z0‑1为JE的长度,α为滑面倾角,V为滑动速度;

沿速度间断面的能量损耗率为

其中,V为滑动速度;

令Wout2=Win2,联立式(25)得:由几何关系可得式(28):

其中,Z0为主裂隙深度;

令 用牛顿法求得α,从而得到最优值Z0min。

10.根据权利要求1所述的黄土高边坡倾斜坡顶垂直裂隙计算方法,其特征在于,步骤3中,当无地质调查参数时,取L2=0。