[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

说明书

本发明涉及岩体斜坡稳定性评估领域，旨在提供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。包括：(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；(3)自由弯曲区稳定性的检验；(4)计算协调弯曲区的岩层间相互作用力；(5)判断坡脚岩层及整个边坡的稳定性。由于大变形倾倒边坡的岩层的弯曲程度与圆弧形状比较接近，本发明在传统线性悬臂梁法的基础上，通过将岩层假定为圆弧形，改善了悬臂梁法的局限性，使其能够评价大弯曲程度的倾倒边坡。由于公式简明、所需岩石参数少的原因，本发明的方法耗时短、成本低；计算客观，无需人为设定参数；能够准确计算具有大弯曲程度的弯曲倾倒边坡的稳定性。

技术领域

本发明涉及岩体斜坡稳定性评估领域，具体涉及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。

背景技术

弯曲倾倒是层状岩质边坡一种特殊的变形失稳模式，具体表现为一系列的叠合岩层向自由面发生弯曲而不开裂。一旦弯曲倾倒边坡失稳，将导致岩质滑坡，因此对弯曲倾倒岩体进行稳定性分析具有重要意义。

目前，主要通过物理实验、数值模拟和悬臂梁法三种方法对弯曲倾倒边坡的变形失稳机理进行研究。通过对典型倾覆边坡的物理实验，获得了许多有价值的发现，如弯曲倾倒边坡的破坏面一般与岩层垂线呈0-20度夹角。然而，物理实验耗时长、成本高、模型选用合适材料要求精度高。数值模拟是物理实验的良好替代品，它的优点是容易产生一些在物理实验中难以测量的关键物理量，缺点是该方法中的一些操作不能轻易避免主观性，如模型的网格划分。因此，数值模拟方法仍然是一种辅助工具，无法作为分析弯曲倾倒边坡稳定性的主要方法。

悬臂梁法是将岩层假定为线性悬臂梁，通过从上到下逐层进行受力分析，根据坡脚岩层的稳定性判断边坡的稳定性。但是，由于线性岩层的假定，其无法对具有大弯曲程度的倾倒边坡进行准确分析。因此，急需一种简单、客观、能够准确分析具有大弯曲程度的弯曲倾倒边坡稳定性的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供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。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供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，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为第个j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；