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专利号: 2020105587008
申请人: 中国地质大学(武汉)
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:

1.一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据边坡勘测资料确定计算参数;

S2、将边坡的滑体划分为若干垂直分条;

S3、利用步骤S1的计算参数计算得到分条间作用力的倾角;

S4、采用半精确条分法或精确条分法计算边坡稳定性安全系数,且若采用半精确条分法,得到边坡稳定性安全系数后计算即停止,若采用精确条分法,得到边坡稳定性安全系数后,设定调整系数v1,同时获取n-1个分条间力水平分量,再继续进行步骤S5;

S5、根据S4中的n-1个分条间力水平分量分别得到n-1个分条间力水平分量对应的力臂,同时获取调整系数v2;

S6、设定一个计算精度Δ,当|v1-v2|≤Δ时,则计算停止,而当|v1-v2|>Δ时,则继续进行步骤S7;

S7、比较ν1和ν2的大小,记数值小者为ν1,令v1=v1+0.618|v1-v2|,然后返回S4,重复执行S4-S6的命令,直至满足|v1-v2|≤Δ。

2.根据权利要求1所述的一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法,其特征在于,结合式(1)-式(8),以计算S3中的分条间作用力的倾角,其中,式(1)-式(8)的表达式分别如下所示:Ci=ci/k  (6)

上式中,i=0,1,2,…,n,n为自然数,i代表分条编号,ψi为第i个和第i+1个分条间的相互作用力倾角(°),αi为第i个分条对应的滑面倾角(°),Pd为水平地震作用力(kN),ξi为第i个分条对应的计算坡度(°),θ为边坡角(°),为第i个分条指定位置处坡面的倾斜角(°),ρ为计算坡度的修正系数,δ为地下水位线倾角(°),γ、γw分别为滑体天然重度和饱和重度(kN),sinλ为土体中剪应力与平均应力的比值,且 其中,σ1和σ3分别为土体中的最大和最小主应力(kPa),snss表示滑体中毗邻滑带的区域中的土体,sincλsnssi为第i个分条处的sinλsnss,α为滑体中snss上抗滑力等于下滑力处滑带的倾角(°),和ci为第i个分条底部滑带土的内摩擦角(°)和粘聚力(kPa),Φc和Cc为滑带倾角为αc处滑带土折减后的内摩擦角(°)和粘聚力(kPa),Φi和Ci为中间变量,hc和 为滑带倾角为αc处滑体的厚度(m)和地下水位高度(m),bi为第i个分条的宽度(m),Ui为第i个分条底面的浮力(kN)。

3.根据权利要求1所述的一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法,其特征在于,S4中采用半精确条分法计算边坡稳定性安全系数的具体方法为:S41、结合静力平衡方程求取条间力和边坡稳定性安全系数:

静力平衡条件包括水平方向力的平衡和竖直方向力的平衡;

建立xoy坐标系,x轴的正向为滑体滑动的水平方向,y轴的正向为竖直向下方向,分条受到外力以及相邻分条左侧面和右侧面的作用力而保持极限平衡,将法向力的拉力规定为负,法向力的压力规定为正,水平方向力的平衡方程为:式中:αi表示第i个分条对应的滑面倾角(°), 表示第i个分条底滑面形心上作用的法向力,Tisemi表示第i个分条底滑面形心上作用的抗剪力, 表示第i个分条左侧面上条间作用力法向分量, 表示第i个分条右侧面上条间作用力法向分量, 表示第i个分条的形心上作用的水平力;

竖直方向力的平衡方程为:

式中: 表示第i个分条左侧面上条间作用力切向分量, 表示第i个分条右侧面

上条间作用力切向分量,Wisemi表示第i个分条的形心上作用的竖向力。

分条沿滑动面达到极限平衡,分条底滑面满足莫尔-库仑屈服准则,分条底滑面的屈服条件为:式中:ci表示第i个分条面所在位置滑带土粘聚力(kPa), 表示第i个分条面所在位置滑带土有效应力内摩擦角(°),li表示第i个分条面底滑面的长度;

当求取边坡稳定性安全系数k时,采用准超载法,将平行于滑动面的下滑力乘稳定性安全系数k,或者采用强度储备法,将土体的粘聚力c和内摩擦角 除以k,底滑面的屈服条件计算公式变化如下:结合式(12)-(14)和(17),通过迭代运算得到边坡稳定性系数k。

4.根据权利要求1所述的一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法,其特征在于,S4中采用精确条分法计算边坡稳定性安全系数的具体方法为:S42、给定所述调整系数v1一个初始值,通过式(9)、式(10)和式(15),计算稳定性安全系数k和n-1个分条间力水平分量,E1、E2…En-1,并继续下一步操作,其中,式(9)、式(10)和式(15)的表达式如下所示:Ai=(Wi-Qi)sinαi+Pdicosαi-Ptisin(αi+θpti)-(Uti-Uti-1)cosαi  (9)上式中,k为边坡稳定性安全系数,Ei和Xi分别为第i个和第i+1个分条间的相互作用力水平分分力和垂直分力(kN),且当Ei<0,令Ei=0,当i=0,Ei-1=E0=0;Ai和Bi均为中间变量,v为调整系数,Wi为第i个分条自重(kN),Qi为第i个分条受到的外荷载(kN),Pdi为第i个分条所受的水平地震作用力(kN),Pti为第i个分条挡土结构提供的抗滑力(kN),θpti为Pti与水平面的夹角(°),ci为第i个分条底部滑带土的有效粘聚力(kPa),Uti为第i个分条所受的水压力(kN)。

5.根据权利要求4所述的一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法,其特征在于,将S4中获取的n-1个分条间力水平分量代入式(11)和式(16)中,得到n-1个分条间力水平分量对应的力臂,HE1、HE2、…、HEn-1,同时,获取所述调整系数v2,其中,式(11)和式(16)的表达式如下所示:上式中,HEi为第i个分条条间力水平分量的力臂(m),当i=0,令HE0=0,Ei-1=E0=0;Di为中间变量,HUti为第i个分条侧面水压力的力臂(m),Hpdi为第i个分条水平地震作用力的力臂(m),Hpti为第i个分条挡土结构提供的抗滑力的力臂(m),gi为第i个分条底部所受浮力的力臂(m),ei为第i个分条自重和外部荷载的力臂(m)。