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专利号: 2020112049495
申请人: 中南大学
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:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法,包括如下步骤:S1.将待分析的锁固段岩体边坡,按照节理分布划分为若干岩块;

S2.结合塑性极限分析上限法、虚功原理和边坡自身特性,设定边坡和锁固段的虚速度,并计算得到岩质块体的内能耗散;

S3.根据步骤S2计算得到的岩质块体的内能耗散,计算锁固段所积累的最大弹性应变e

能;具体为采用如下算式计算得到单位宽度上部锁固段的剪切变形能W:式中u≤uc,且uc为Q(u)曲线峰值处的剪切变形;Hu为上部锁固段的平均高度;将上部锁固段在破坏之前视为弹性体,且剪切模量为G0;L为上部锁固段的区域斜长;Q(u)为锁固段提供的抗剪力且 为上部滑动块体的推力F的均布荷载形式,M为上部锁固段的质量,g为重力加速度,α为上部锁固段的滑坡角;

S4.根据步骤S3计算得到的锁固段所积累的最大弹性应变能,计算锁固段的变形速率e

和内能耗散功率;具体为采用如下算式计算锁固段的变形速率V和内能耗散功率P:V=V1

式中V表示锁固段的平均变形速度,V1为第1个岩质块体的应变速度;Hu为上部锁固段的平均高度;将上部锁固段在破坏之前视为弹性体,且剪切模量为G0;L为上部锁固段的区域斜长;H是锁固段的总高度;u和u0取值为uc;r为曲线同族指数,是锁固段强度变化的指标;

S5.根据摩尔‑库伦相关联流动法则,将步骤S2设置的虚速度和得到的内能耗散、步骤S3得到的最大弹性应变能和步骤S4得到的变形速率和内能耗散功率进行联立求解;

S6.根据步骤S5得到的联立求解结果,计算得到针对锁固段结构的边坡安全系数。

2.根据权利要求1所述的针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法,其特征在于步骤S1所述的将待分析的锁固段岩体边坡,按照节理分布划分为若干岩块,具体为将岩质边坡按照节理、断面和潜在滑动面,分为若干个岩质块体,并以锁固段为基准点,对这些岩块依次编号。

3.根据权利要求2所述的针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法,其特征在于步骤S2所述的结合塑性极限分析上限法、虚功原理和边坡自身特性,设定边坡和锁固段的虚速度,并计算得到岩质块体的内能耗散,具体为采用如下算式计算得到岩质块体的内能耗散D内:

式中i为岩质块体的编号;n为岩质块体的总数;ci为第i个岩质块体底滑面的粘聚力;li为第i个岩质块体底滑面的长度;Ai为第一角度参数且 θi为第i个岩质块体的应变速度Vi与X轴的夹角,θi,i‑1为i,i‑1两个岩质块体的相对速度Vi,i‑1与X轴的夹角;V1为第1个岩质块体的应变速度; 为第i个岩质块体的应变速度Vi与块体底面的夹角;ci.i‑1为第i个岩质块体与第i‑1个岩质块体之间的倾斜界面的粘聚力;hi.i‑1为第i个岩质块体与第i‑1个岩质块体之间的倾斜界面的长度;Bi,i‑1为第二角度参数且为相对速度Vi,i‑1与第i,i‑1两个岩质块体相邻界面的夹角。

4.根据权利要求3所述的针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法,其特征在于步骤S5所述的根据摩尔‑库伦相关联流动法则,将步骤S2设置的虚速度和得到的内能耗散、步骤S3得到的最大弹性应变能和步骤S4得到的变形速率和内能耗散功率进行联立求解,具体为采用如下算式计算作用于岩质块体的力在速度场V中的外功率总和Fex‑power:式中i为岩质块体的编号;n为岩质块体的总数;Fxi为作用于第i个岩质块体的力的水平方向的分力;Ai为第一角度参数,且 V1为第1个岩质块体的应变速度;αi为第i个岩质块体的底面的水平倾角; 为第i个岩质块体的应变速度Vi与块体底面的夹角;Fyi为作用于第i个岩质块体的力的竖直方向的分力。

5.根据权利要求4所述的针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法,其特征在于步骤S6所述的根据步骤S5得到的联立求解结果,计算得到针对锁固段结构的边坡安全系数,具体为采用如下算式计算得到针对锁固段结构的边坡安全系数Fs:式中i为岩质块体的编号;n为岩质块体的总数;ci为第i个岩质块体底滑面的粘聚力;li为第i个岩质块体底滑面的长度;Ai为第一角度参数且 θi为i个岩质块体的应变速度Vi与X轴的夹角,θi,i‑1为i,i‑1两个岩质块体的相对速度Vi,i‑1与X轴的夹角; 为第i个岩质块体的应变速度Vi与块体底面的夹角;ci.i‑1为第i个岩质块体与第i‑1个岩质块体之间的倾斜界面的粘聚力;hi,i‑1为第i个岩质块体与第i‑1个岩质块体之间的倾斜界面的长度;Bi,i‑1为第二角度参数且 为相对速度Vi,i‑1与第i,i‑1两个岩质块体相邻界面的夹角;Hu为上部锁固段的平均高度;将上部锁固段在破坏之前视为弹性体,且剪切模量为G0;L为上部锁固段的区域斜长;H是锁固段的总高度;u和u0取值为uc;r为曲线同族指数,是锁固段强度变化的指标;Fxi为作用于第i个岩质块体的力的水平方向的分力;αi为第i个岩质块体的底面的水平倾角;Fyi为作用于第i个岩质块体的力的竖直方向的分力。

6.一种包括了权利要求1~5之一所述的针对锁固段结构的边坡安全系数计算方法的失稳判断方法,其特征在于还包括如下步骤:S7.根据步骤S6得到的针对锁固段结构的边坡安全系数,对锁固段结构的边坡状态进行失稳判断。

7.根据权利要求6所述的失稳判断方法,其特征在于所述的对锁固段结构的边坡状态进行失稳判断,具体为采用如下原则进行判断:若针对锁固段结构的边坡安全系数Fs大于或等于设定的失稳阈值,则认定锁固段结构的边坡的状态为稳定;

若针对锁固段结构的边坡安全系数Fs小于设定的失稳阈值,则认定锁固段结构的边坡的状态为失稳。