[发明专利]渣土场边坡稳定性圆弧法分析的一种简单方法

说明书

本申请属采矿和岩土工程技术领域；对于坚硬地基渣土场，边坡失稳的滑动弧与地基线大致在坡脚点相切；据此解析，可得到用于稳定性系数计算的系列公式；引入常用办公软件Excel工作表，植入相应计算公式；用插入数据试算逼近法，能够容易的得到最小稳定性安全系数以及滑动弧的各项参数。

技术领域：

本申请属采矿和岩土工程技术领域。

技术背景：

《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002)在‘5.2.2’节规定：边坡稳定性分析时，‘土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡宜采用圆弧滑动法计算’；《非煤露天矿边坡工程技术规范》(GB 51016—2014) 和《冶金矿山排土场设计规范》(GB 51119—2015)也都推荐了这种边坡稳定性分析的圆弧法；这种圆弧法就是业内人士共知的瑞典圆弧法(或称费伦纽斯太沙基条分圆弧法)，其大致内容是：渣土场边坡失稳的滑动弧接近是一条圆弧，将该滑动圆弧中的渣土体，随机划分成n个竖直条块，每个条块自重G_i＝H_i.b_i.γ，式中：H_i是条块均高度，b_i是条块宽度，γ是渣土体重度；每个条块的底弧倾角是α_i，下滑力是G_iSinα_i，摩擦阻力是(是渣土内摩擦角)，粘聚阻力是cS_i(c是粘聚力，S_i是条块底弧长度)；对于普通渣土场，堆积体内一般没有地下水位作用，顶部也没有附加建筑物负荷，当忽略地震力作用时，边坡稳定性安全系数计算公式为：该圆弧法计算的关键在于：最终成立的安全系数滑动弧必须是所有可能滑动弧中安全系数最小的一条滑动弧，所计算出的安全系数必须是最小安全系数；这种计算方法，业内人士已耳熟能详；但关键是如何找到那条安全系数最小的滑动弧，也就是业内工程技术人员常说的寻找最危险滑动弧圆心。

《土力学》(高等学校教材，天津大学杨进良主编，第二版)在第九章中，较详细的阐述了这种瑞典圆弧法的应用，并提出了最危险圆心的概率位置区间；但是，具体操作仍非常繁琐：每假定一个滑动弧圆心，要通过坡脚点——附图1中的A点做出假想滑动弧(费伦纽斯认为，在内摩擦角较小的情况下，最危险滑动弧通过或接近坡脚点)，然后分条、测量和计算G_i、Cosα_i、Sinα_i、S_i等参数，从而求得第一个假想滑动弧的稳定性安全系数；之后，再继续求出许多个假想滑动弧的稳定性安全系数，反复比较后，才能最终确定最危险滑动弧和最小稳定性安全系数；这种方法的工作量是相当大的，以至让许多工程设计人员望而生畏；业内工程技术人员曾试验：按照《土力学》推荐的这种方法，利用现有计算器和CAD绘图软件，寻找一个案例的最危险圆心，大概要花费几天甚至十几天功夫；因此，《土力学》在本章节中又记述到：“近年来一些学者和工程技术人员研究应用优化方法寻找具有最小安全系数的任意滑动面获得成功。…这一工作必须借助计算机和编制的程序进行”；可见，这种圆弧法计算仍是工程学界的一大难题。

在许多渣土场设计案例中，安监部门审查方案时都要求出具渣土场稳定性安全系数的定量数据，但是并没有看到国家技术权威部门发布的优化计算方法；市场上倒是流传有‘某某软件公司’或‘某某研究所’发售的许多计算软件，然而暗箱数据、弄虚作假者居多，计算成果难以令人信服；本发明旨在通过传统数学的解析运算，找到一种业内人士都能够理解的方法，再利用常规办公软件Excel工作表的计算功能，方便的找到最危险滑动弧圆心并求得最小稳定性安全系数。

发明内容：