[发明专利]一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法

说明书

本发明涉及边坡稳定性计算方法领域，尤其涉及一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法。计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法，包括以下步骤：S1根据边坡勘测资料确定计算参数、S2将边坡的滑体划分为若干垂直分条、S3计算分条间作用力的倾角、S4采用半精确条分法或精确条分法计算边坡稳定性安全系数。本发明所述一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法，突破了现行条分法依靠假定条间力的方向或位置求解静不定问题的瓶颈，基于Mohr‑Coulomb准则，从理论上推导了分条间剪力和法向力的比值与滑动面倾角、剪切强度参数，分条物性参数和荷载之间的函数关系，使静不定条分法问题获得了静定解。

技术领域

本发明涉及边坡稳定性计算方法领域，尤其涉及一种可准确计算条间力倾角和边坡稳定安全系数的条分法。

背景技术

条分法是基于极限平衡理论发展起来、针对可能以滑坡方式破坏的斜坡(包括自然斜坡和人工边坡)的一种稳定性计算简便方法，被广泛用于斜坡稳定性分析和边坡防护工程设计。历经近一百年的发展，已出现了数十种条分法，将各种条分法的不同之处归结为：(1)用于推导稳定系数的静力学方程式不同；(2)用于确定问题的假设不同。基于用于推导稳定系数的静力学方程式的不同，可将条分法分为两大类：一类是半精确条分法，例如瑞典圆弧法，简化的Janbu法和简化的Bishop方法等，即满足静力平衡条件或满足力矩平衡与部分静力平衡条件的条分法；另一类是精确条分法，例如Janbu法、Spencer法和M-P法等，即同时满足静力和力矩平衡条件的条分法。由于未知变量均超过静力学平衡方程数量，现行半精确条分法和精确条分法都属于静不定问题，利用条分法求解边坡稳定系数时，必须引入不同假设条件(基本上可归结为假设条间力倾角或作用点位置)。

(1)满足静力平衡条件的半精确条分法求解稳定系数有4n-1个未知变量，但只能建立3n个方程，相差n-1个条件(图2)：

①沿剪切面的整体稳定系数fos，计数为1；

②分条底部的法向反力和切向反力，计数为2n；

③条间水平作用力和竖向作用力，计数为2n-2。

由分条的荷载与反力满足平衡条件(∑F_x＝0,∑F_y＝0)和剪切面上极限平衡条件可建立3n个方程。与4n-1个未知变量相比差n-1个条件，为本质上的静不定问题。传统上通过假定n-1个未知条件求解：

①假定条间n-1个竖向作用力值为0，即分条间只存在水平力，如简化的简布法，简化的毕晓普法等；

②假定条间n-1个竖向作用力值和水平作用力的比值，如改进的传递系数法、美国陆军师团法等；

③假定条间n-1个竖向作用力值和水平作用力达到临界状态，这种方法称为分块极限平衡法，即满足静力平衡条件的上限解。

(2)同时满足静力与力矩平衡条件的精确条分法求解稳定系数有6n-1个未知变量，但只能建立4n个方程，相差n-1个条件(图2)：

①沿剪切面的整体稳定系数k，计数为1；

②分条底部的法向反力和切向反力及其对分条底部中点的力矩，计数为3n；

③条间水平作用力、竖向作用力与重力作用于分条底部中心点的力矩，计数为n+2(n-1)。

由分条的荷载和反力满足平衡条件(∑F_x＝0,∑F_y＝0)，剪切面上的极限平衡条件和分条底部中点处的力矩平衡，可建立4n个方程。当分条足够薄时(Δx_i≈0)，可以忽略分条底部由引起的力矩，未确定的变量减少n个。与6n-1个未知变量相比存在n-1个未知条件，为本质上的静不定问题，传统上也是通过假定n-1个未知条件求解：

①假定条间力作用的位置，例如Janbu的方法；