[发明专利]一种基于监测信息的边坡施工过程的稳定性数值分析与优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于监测信息的边坡施工过程的稳定性数值分析与优化设计方法。根据当前施工步监测信息，解决边坡分步施工动态响应的数值模拟方法，在此基础上，解决施工方案的优化设计，并对边坡工程的可靠度分析和风险预测，属于岩土边坡动态施工和灾害防控技术领域。 

背景技术

岩土边坡工程数值分析是目前岩土工程设计和风险控制的重要手段之一。目前数值分析方法主要有离散单元法、有限单元法、边界单元法、DDA以及流形元等。然而，由于岩土边坡工程固有的复杂性和动态施工过程，导致边坡工程数值分析结果与实际工程存在较大差异，使得数值分析一直处于定量分析和定性应用的尴尬局面。影响边坡稳定性数值分析的可靠性主要有两个方面：其一，岩土体介质复杂性和节理岩体的结构效应，使得岩土体参数难以准确获得；其二，边坡工程多步开挖和分次加固的动态施工效应难以定量模拟。 

背景技术中，中国专利“基于安全监控的边坡位移反分析方法”（专利号：20100159897.4），已经解决了边坡数值分析中第一个技术难题。本技术发明是针对第二个关键技术难题，采用监测信息和边坡动态施工响应曲线，确定分步施工边坡数值模拟中迭代步，由此解决动态施工效应的数值分析技术。 

发明内容

本发明目的是采用边坡监测信息，提供一种模拟边坡工程动态施工（开挖与加固）过程的稳定性动态数值分析和优化设计方法。首先基于“基于安全监控的边坡位移反分析方法”（专利号：20100159897.4），建立边坡工程等效数值模型；然后采用等效数值模型，获取当前施工边坡的动力响应曲线；最后，根据当前施工边坡监测的位移，确定当前施工步数值模拟的迭代步，这就是背景技术存在的第二个问题。在此基础上，提出下一步施工边坡的稳定性分析和施工方案的优化设计方法，并给出了施工边坡的风险预测与防控数值分析技术。通过“基于安全监控的边坡位移反分析方法”（专利号：20100159897.4）和本项发明，从而提高边坡工程稳定性数值分析的可靠性，实现边坡工程稳定性的定量分析、优化设计和风险预测，为边坡工程的安全、经济和可靠运行奠定基础。 

本发明技术方案如下：

基于监测信息的边坡施工过程的稳定性数值分析与优化设计方法的实施步骤如下，（a）借助已经授权的中国专利“基于安全监控的边坡位移反分析方法”，建立当前施工步的等效数值分析模型；（b）基于建立的边坡工程等效数值分析模型，技术当前施工边坡工程的动力响应曲线；（c）基于监测点监测到的当前施工步的监测位移，确定当前施工边坡数值模拟的迭代步；（d）根据等效数值模型和确定的迭代步，进行下一步施工边坡的稳定性数值分析和施工方案优化；（e）根据边坡优化施工方案，进行边坡稳定性可靠度分析与风险调控；（f）根据优化方案和风险调控措施进行边坡施工，同时开展边坡变形监测，再进行下一施工步的边坡工程稳定性动态分析和方案优化，以此类推，直至完成整个边坡的施工过程。

本发明的数值分析方法采用FLAC程序。该程序是大变形有限差分分析系统，采用给定迭代步（Step）来模拟开挖或加固的施工边坡时间效应。下面结合FLAC程序，详细说明边坡工程动态施工过程的数值分析和方案优化的实施步骤：（1）将边坡工程划分为若干施工步，施工步包括边坡开挖、工程加固以及其他的工程维护措施；同时，在坡顶埋设边坡变形监测点进行位移监测，获取每一施工步的边坡岩体位移； 

（2）针对第 次施工步，利用FLAC数值分析软件和边坡监测信息，以及“基于安全监控的边坡位移反分析方法”，建立边坡等效数值模型，进行第施工边坡岩体力学与变形参数（包括岩体变形模量、粘聚力、内摩擦角和抗拉强度等）的反演，获得对应于第次施工步边坡岩体等效参数；

（3）根据获得的边坡岩体等效参数进行边坡数值分析，获取当前施工边坡的动力响应曲线，即边坡监测点的计算位移与迭代步的关系曲线；

（4）根据第次施工边坡动力响应曲线和当前施工步获得的监测点的监测位移，确定当前（第步）施工边坡的数值分析迭代步。

（5）根据第次施工边坡的等效模型和迭代步，进行下一施工（第+1步）边坡数值分析和方案优化； 

（6）根据边坡施工优化方案，进行下一步施工边坡的稳定性可靠度分析和风险调控；

（7）基于优化方案和调控措施进行下步边坡施工和变形监测，依次类推，直至完成整个边坡的施工过程。

本发明的主要创新点是基于边坡等效数值模型建立当前施工边坡动力响应曲线，并根据当前施工步监测信息，确定施工边坡数值模拟的迭代步，解决边坡工程动态施工时间效应。