[发明专利]一种软岩边坡稳定性有限元分析及监测、支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种边坡稳定领域，尤其是涉及一种软岩边坡稳定性有限元分析及监测、支护方法。

背景技术

边坡工程的稳定性分析始于20世纪50年代，一直是岩土和采矿工程领域的一项重要研究内容。国外学者对该问题的研究开始较早，Gudehus,G.等学者在1972年就对露天边坡的三维稳定性和变形进行了研究，1974年出版的英国霍克著《岩石边坡工程》和加拿大1977年出版《露天矿边坡手册》对我国露天矿边坡研究有很大的影响。我国中国科学院地质研究所结合工程地质学和岩体力学，强调了地质条件和地质构造对边坡稳定的影响和控制作用，并以金川露天矿为典型工程实例，对边坡的变形、破坏进行了长期、全面、系统的研究，形成了岩体结构对边坡的控制理论。此阶段的边坡稳定性分析方法主要为极限平衡法。80年代以来，边坡稳定性的数值分析方法随着计算机技术的发展迅速增长，比较成熟的数值方法有有限单元法、边界单元法、离散单元法和快速拉格朗日法等，比较成熟的软件有ANSYS、ABAQUS、ADINA、BOUNDT、UDEC、3DEC、2D-BLACK、FLAC等，其中1986年出现的FLAC为边坡分析提供了一种非常有效的数值模拟方法。FLAC(Fast LagrangianAnalysis of Continua，快速拉格朗日法)是为国际公认的、能较好模拟岩土力学行为的方法；王永嘉等人于1995年将该方法引入我国，并逐渐在水电、矿山边坡工程中得到广泛使用。进入21世纪以后，学科之间的相互渗透使许多与现代科学有关的一系列理论方法被广泛地应用于边坡研究中，包括神经网络理论、分形理论、突变理论、模糊数学、块体理论、灰色系统理论、可靠性分析理论、自组织理论等，以及各种复杂的数值计算方法。国外许多学者藉此对露天矿边坡稳定的基础、稳定性分析方法、滑坡预测方法等进行了研究，取得了长足进展：StaceyT.R.等研究了深凹露天矿边坡的稳定性(2003)；Cravero M.等分析了石灰岩露天矿边坡的稳定性(2007)；Bye A.R.等人2001年对南非Sandsloot露天矿边坡的稳定性进行了分析并对边坡进行了设计。多学科、多专业的交叉渗透研究己成为边坡破坏机理研究的发展突破新方向，也促进了理论的不断更新以及应用研究和决策水平的极大提高。张雄利用极限分析和刚性有限元的概念，提出了改进的条分法[19]；邹广电利用非线形规划原理，王缨通过对条间力函数的合理选用，分别改进了毕肖普法；蒋斌松等则开展了毕肖普法的解析算法方面的研究；何满潮、姚爱军等改进了萨尔玛法，通过改进边界条件，考虑自然排水和边坡坡面加固力作用，引进边坡可靠性理论等扩大了其使用范围；在搜索临界滑动面方面，张发明等通过引入模拟退火算法和A*算法改进了萨尔玛法。数值分析方面，除了原有的有限元分析、边界元法、离散元法、快速拉格朗日法被广泛应用，还通过方法间的耦合产生了一些新的方法，如基于强度折减原理的数值方法，可靠性理论与有限元相结合，有限元法与弹塑性极限平衡法结合等。计算机技术的发展也为三维边坡稳定分析的广泛应用提供了条件，三维边坡稳定分析能够更加真实地反映边坡的实际状态，对于滑坡预报与防治具有重要意义。Duncan总结了20多年来各种三维边坡分析方法的特点和局限性，张均峰拓展了二维Janbu条分法，给出三维极限平衡的边坡稳定性分析方法，郑宏提出了严格的三维极限平衡法，冯树仁、陈祖煜等也提出了不同的边坡稳定性三维极限平衡分析方法；三维边坡稳定分析求解方面，张常亮给出了三维边坡稳定性分析的解析算法，王立成等在有限元应力分析的基础上提出利用数学规划法进行求解。随着边坡稳定性分析中采用了大量新理论和方法，水文地质和环境因素的影响也得到广泛重视。Grenon等提出在大型露天矿的初步设计中采用综合结构稳定性分析法，Jhanwar、Kramadibrata等则分别将分级系统和量纲分析法用于边坡稳定性评价中；石露采用遍布节理力学模型和饱和非饱和等效连续介质渗流模型反映节理的主导作用，并开发了适用于FLAC3D的多组遍布节理模型。Deb,D.等研究了爆破震动对边坡稳定性的影响；程力等应用数值模拟技术对新疆东戈壁露天矿边坡不同排土场安全距离问题进行了真实有效地分析,并得到边坡的稳定安全系数。蔡美峰等在系统的现场工程地质、水文地质、岩体结构与岩性分布调查和岩石物理力学性质试验基础上，进行边坡稳定性和设计优化研究。