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专利号: 2021101516737
申请人: 吉林建筑大学
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:2025-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种外荷载作用下均质纯粘土边坡安全系数计算方法,其特征是,它包括以下内容:

1)滑移线场理论

根据摩尔库伦准则,正应力和剪应力表达式为:式中σx和σy分别表示x和y方向正应力,τxy和τyx分别表示x和y方向剪应力,σ为特征应力,c为粘聚力,为内摩擦角,θ为最大主应力σ1与x轴交角;

由于纯粘土中c>0, 引入特征应力σ的公式:其中 σ1和σ3分别为最大和最小主应力;

将(2)代入(1)中,然后令 可得:τxy=τyx=c·sin 2θ (3b)应力平衡微分方程组为:

式中γ表示容重;

将(3)式代入(4)式中,可得:公式(5a)乘以 公式(5b)乘以 可得:公式(6a)+(6b)可得方程(6)的另一种形式:将方程(6c)乘以dx和dy可得:对以上公式进行变换:

式中:

根据空间全微分方程组: 和 由(6f)+(6g)可得:对方程(7a)乘以 和 可得:将(6f)和(6g)分别代入到(7b)和(7c)得到:对公式(7d)和(7e)变换可得:由公式(8a)和(8b),根据特征线法可得滑移线场理论α族和β族特征线微分方程:采用差分法近似求解特征线方程(9)和(10),式中Mα(xα,yα,θα,Sα)为α族上的点,Mβ(xβ,yβ,θβ,Sβ)为β族上的点,(x,y)为坐标值;

由公式(11)和(12)联立计算滑移线上的待求点M(x,y,θ,σ),公式为:由滑移线场理论计算得到的边坡极限状态下的坡面曲线(简称极限坡面曲线)微分方程为: 与β族滑移线方程联立求解极限坡面曲线坐标点Mij(xij,yij,θij,Sij):Sij=c (20)

式中Mb(xb,yb,θb,Sb)和M′β(x′β,y′β,θ′β,S′β)为极限坡面曲线及第β族滑移线上已知点;

2)滑移线场边界条件

(1)主动区O1AB边界条件

主动区第α、β族已知计算点Mα和Mβ的(x,y)为坡顶O1A坐标值,其中横坐标x=Δx·i,Δx为计算步长,i为自然数,i=0~N1,N1为步长数,纵坐标y为坡高,主动区边界最大主应力与x轴交角和特征应力分别为:S1=P0‑c (22)

式中P0为坡顶外荷载作用值,滑移线交点计算公式为(13)~(16);

(2)过渡区O1BC边界条件

过渡区已知边界点O1的(x,y)为坡肩坐标值,特征应力为:Si=P0‑c(2θk‑π+1) (23)式中 k为自然数,k=0~N2,Δθ=θIII‑θI,N2为过渡区点剖分数,过渡区滑移线交点计算公式为(13)~(16);

(3)被动区O1CD边界条件

Mb第一个已知点为坡肩O1的(x,y)坐标值,特征应力值为Sb=SIII=c,代入公式(23)可得 被动区滑移线交点计算公式为(8)~(11),而极限坡面曲线OD采用公式(17)~(20)计算;

3)失稳判据

对强度参数粘聚力c进行折减,

式中c1为折减后的粘聚力,Fi为折减系数,i为自然数;

将折减后的粘聚力c1代入到滑移线场理论及边界条件公式中,计算极限坡面曲线OD与y轴交点坐标(0,y1),根据纵坐标值y1的正负判断纯粘土边坡稳定性的失稳判据:当y1<0时,判断边坡处于稳定状态,此时增大折减系数Fi;当y1=0时,判断边坡处于极限状态,此时折减系数Fi等于安全系数FS;当y1>0时,此时判断边坡处于破坏状态,此时减小折减系数Fi。