[发明专利]具有大弯曲程度的弯曲倾倒岩体边坡稳定性的评价方法

权利要求书

1.一种具有大弯曲程度的弯曲倾倒岩体边坡稳定性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取层状岩质边坡的岩层参数；

(2)划分自由弯曲区与协调弯曲区：

如果第m岩层是一个协调弯曲区的最上方岩层，第i、j岩层分别是第m岩层下方的某一岩层，根据公式(1)计算第m岩层固定端的剪力F_m：

式中：F_m为第m个岩层固定端的剪力；G_j为第j个岩层的重力；E_i为第i岩层的弹性模量；I_j为第j个 岩层截面的惯性矩；R_j为第j个岩层的半径；θ_j为第j个岩层的圆心角；H_j为第j个岩层厚度；ρ_j为第j个岩层的密度；g是重力加速度；Fa为破坏面与水平面的夹角；E_m为第m岩层的弹性模量；I_m为第m个岩层截面的惯性矩；R_m为第m个岩层的半径；

如第m岩层的固定端剪切力F_m小于其重力的下滑分量G_msin(Fa)，即认为第m层到第i层的岩层属于同一个协调弯曲区；在层状岩质边坡中，不归属于协调弯曲区的剩余岩层均为自由弯曲区；

(3)自由弯曲区稳定性的检验：

假设第i个岩层是稳定的，第i个岩层与其下方的第i-1个岩层之间没有相互作用，第i个岩层上方的第i+1个岩层已经断裂；根据以下公式计算第i岩层的固定端受力和弯矩；

式中，F_i为第i岩层的固定端剪力；N_i为第i岩层的固定端支持力；M_i为第i岩层的固定端弯矩；G_i为第i个岩层的重力；R_i为第i个岩层的半径；θ_i为第i个岩层的圆心角；H_i为第i岩层的厚度；与分别为第i与第i-1岩层、第i+1岩层之间的摩擦角；Q_i,i-1和Q_i,i+1分别为第i与第i-1岩层、第i+1岩层之间的压力；α_i,i-1和α_i,i+1分别是第i和第i-1岩层、第i+1岩层之间的相互作用位置的圆心角；此时假定岩层i与i-1之间没有相互作用力，即Q_i,i-1＝0；另外，自由弯曲区的顶部岩层k的上方没有与其相互作用的岩层，因此Q_k,k+1＝0；k为自由弯曲区的顶部岩层序号；

在得到第i岩层固定端F_i、N_i和M_i后，由下式计算第i岩层固定端的最大拉应力σ_imax和最大剪应力τ_imax：

当最大拉应力σ_imax未达到岩石的抗拉强度且最大剪应力τ_imax未达到岩石的抗剪强度时，第i岩层是稳定的，第i岩层与第i-1岩层之间不存在相互作用；否则，第i岩层将破裂，并与第i-1岩层相互作用；

在这种情况下，根据公式(2,3,4,7,8)计算Q_i,i-1和α_i,i-1

M_i＝0 (7)

式中，为第i岩层与破坏面之间的摩擦角；

(4)计算协调弯曲区的岩层间相互作用力：

参照公式(2-5)计算岩层固定端的受力和弯矩，然后参照公式(5-6)计算岩层固定端的最大拉应力和最大剪应力；此时假定α_i-1,i＝ψmin(θ_i-1,θ_i)，ψ是相互作用力的位置系数，取值在0.75到1之间；

如果最大拉应力达不到抗拉强度并且最大剪应力达不到岩石的抗剪强度，认定该岩层是稳定的；否则，岩层会发生断裂，需根据公式(2-4)和(7-8)重新计算岩层上的相互作用；重新计算时，不服从α_i-1,i＝ψmin(θ_i-1,θ_i)这一假定；

(5)判断坡脚岩层及整个边坡的稳定性：

使用公式(2-4)计算位于坡脚的第1岩层端部的支持力N₁、剪力F₁、弯矩M₁；然后按照公式(5-6)计算其端部的最大拉应力σ_1max与最大剪应力τ_1max；

倾倒边坡的稳定性主要取决于坡脚第1层岩层的稳定性，因此将倾倒边坡的安全系数(F_s)定义为公式(9)：

式中，SS₁是坡脚第1层岩层的抗剪强度；TS₁是坡脚第1层岩层的抗拉强度；

当F_s＜1时，边坡是不稳定的；当F_s＝1时，边坡处于临界状态；当F_s＞1时，边坡是稳定的。