[发明专利]一种基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统

权利要求书

1.一种基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)输入几何、物理、计算参数，确定边坡的几何尺寸、岩石容重、弹性模量、泊松比；

(2)块体识别并进行接触检测，结构面切割岩体形成块体，对块体进行识别，并进行块体间的接触检测；

(3)形成子矩阵，不包括接触子矩阵，其中弹性子矩阵为：

式中，E、v为块体单元的弹性模量和泊松比；

初始应力子矩阵为：

式中，为块体初始常应力；

点荷载子矩阵为：

式中，(F_x，F_y)为点荷载力；

体积力荷载子矩阵为：

式中，(f_x，f_y)为体积力荷载，S为块体单元的面积；

(4)加减接触弹簧形成接触子矩阵，其中包括法向弹簧子矩阵与切向弹簧子矩阵；在每一时步内，都要重新确定弹簧的施加与否及弹簧的位置，需要反复生成求解总刚矩阵；刚性弹簧的施加与去除过程称之为开—合迭代；如果接触在法向弹簧上出现拉力，在刚性弹簧去除后两边将分离；如果顶点嵌入接触的另一边，要加入刚性弹簧，将其拉回接触面上；接触有三种状态：张开、滑动和锁定；根据相应的接触状态变化来对块体的位移变化进行更新；当接触状态变化分别为张开-张开、张开-滑动、张开-锁定、滑动-张开、滑动-滑动、滑动-锁定、锁定-张开、锁定-滑动、锁定-锁定时，对应位移变化为N＞0、N＞0、N＞0、其中：N是法向位移，N＞0为张开，是剪切位移矢量，T是剪切位移，||表示两个矢量方向相同；

(5)求解位移矢量平衡方程，每个块体的位移矢量包含六个变量：

D＝(u₀,v₀,r₀,ε_x,ε_y,γ_xy)^T

其中(u₀,v₀)是块体内特定点(x₀,y₀)的刚性位移，r₀是块体绕特定点(x₀,y₀)的旋转角度，ε_x、ε_y、γ_xy分别为该块体的正应变与切应变；块体内任意点(x,y)的位移(u,v)为：

基于最小势能原理构建的系统整体平衡方程为：

式中：系数矩阵中K_ij为6×6子矩阵；K_ii由块体单元的材料属性和几何参数决定；K_ij(i≠j)则由块体i和块体j间的接触条件而决定；[D_i]和[F_i]是6×1子矩阵，D_i为块体i的变形变量(d_1i,d_2i,d_3i,d_4i,d_5i,d_6i)；F_i是块体i上分配给6个变形变量的荷载；

(6)检查收敛性，系统根据计算结果是否收敛来决定如何运行下一步程序，若收敛，则根据接触判定点计算块体相对滑动位移并与位移阈值0.001m作对比，根据对比结果动态变化结构面剪切强度参数c和φ，具体公式如下：

式中：c'和分别指折减后的结构面抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角；F_sr是折减系数，处于临界状态时的折减系数F_sr即边坡滑落面安全系数F_s，N指代块体间结构面相对位移满足阈值条件的次数；若不收敛，则返回至(4)；

(7)位移突变，则判定边坡失稳，并记录安全系数并检索出滑落面位置，反之，则返回(2)。

2.根据权利要求1所述的基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统，其特征在于：所述边坡滑落面安全系数F_s可根据边坡滑落面安全系数大小判定边坡稳定性，安全系数越大，则边坡稳定性越好。

3.根据权利要求1所述的基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统，其特征在于：步骤(7)所述滑落面位置可根据系统检索出的滑落面位置，来对将来可能发生失稳的边坡区域进行提前开挖，以免边坡自行失稳。