[发明专利]一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法

说明书

本发明公开了一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法，属于岩土工程技术领域。其特征是，将层状岩体简化为叠合悬臂梁模型，针对岩层的受力机制和严格的力学推导确定岩层的破坏模式；再结合潘家铮原理和逐步分析方法，确定边坡发生整体破坏所需最小外力，与之对应的破坏面即为边坡潜在破坏面，破坏面所覆盖的岩层即为最危险的岩层组合。与现有技术相比，本发明的优点在于：1)充分考虑了层间力的作用；2)整个搜索过程按照严格的力学推导进行；3)能够准确确定岩层破坏数目。本发明提出的搜索方法能很好解决现有半理论半经验方法的不确定性问题，提高了弯曲倾倒理论分析的可靠性，具有很好的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及边坡破坏面的搜索技术领域，特别涉及一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法。

背景技术

倾倒破坏作为一种典型的岩质边坡失稳模式，大量存在于国内外的水利水电、高速公路以及露天矿等工程边坡中，特别是反倾向边坡。边坡倾倒失稳破坏给人民的生命财产安全和工程建设造成了极大的危害。然而，由于人们对反倾向边坡的认识的局限性，该类边坡一直未能引起人们的重视，直至频繁发生的反向倾边坡失稳事故。目前，已经有大量专家学者投身到反倾向边坡的稳定性分析当中，并且取得了显著的成果。其中，块体倾倒方面的研究已取得了重大成果，并建立了较为完善的理论分析方法；然而，对于弯曲倾倒的研究却比较缺乏。

目前，极限平衡方法仍然是研究弯曲倾倒破坏最常用、最有效、最成熟的方法。然而使用极限平衡法进行力学分析之前，需要知道破坏基准面的确切位置和形状，因此，许多专家学者提出一些分析方法来研究边坡破坏基准面，同时他们也开展物理模型试验证明了这些方法的有效性。Aydan和Kawamoto、Adhikary和Dyshin通过离心机模型试验发现，反倾向边坡的破坏基准面是一条通过坡趾的直线，岩层只发生弯曲拉裂破坏。但是，从野外观测和工程实际来看，大多数反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的形式并非是单一的一条直线，而且岩层的破坏不只是因为弯曲拉裂所致。当前很多学者对这些问题开展了研究，但是由于种种原因，并没有给出一种合理有效的搜索弯曲倾倒破坏面的方法。如何准确确定这类反倾向层状边坡弯曲倾倒破坏面，完善反倾向边坡的破坏模式，是一个很有探讨价值的问题。

本发明中出现的字母解释如下：

H边坡高度；

β边坡倾角；

η岩层倾角；

θ₀自然坡角；

α岩层法向倾角；

θ岩层i破裂面倾角；

θ_r岩层i的破裂面倾角与其法向倾角的夹角；

β₀边坡倾角与岩层法向倾角之差；

F边坡发生破坏所需最小外力；

F_S边坡的稳定系数；

b岩层厚度；

h_i岩层i位于基准面以上的等效重心高度；

h_ri岩层i位于基准面以上的左边高度；

h_li岩层i位于基准面以上的右边高度；

h₀岩层在自重作用下的极限折断高度；

w_i岩层i位于基准面以上的岩体重力；

γ岩层重度；

c粘聚力；

岩层内摩擦角；

层间节理内摩擦角；

σ_t岩层抗拉强度；