[发明专利]岩体临界滑动面极限分析方法

权利要求书

1.一种岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，通过地质勘察，收集目标区域内不同性质岩体、构造面、软弱层的分布范围；

S2，测定不同性质所述岩体、所述构造面、所述软弱层的物理力学参数；

S3，根据不同性质岩体、构造面、软弱层的分布范围，划分单元；

S4，以所有节点的应力分量为自变量，构建单元静力平衡约束方程、节点应力已知边界条件约束方程、节点应力屈服准则约束方程和目标函数，形成岩体临界滑动面极限分析的数学模型；

S5，通过计算机程序求解所述数学模型的最优解；

S6，根据所述最优解，通过计算机程序求解数学模型的紧约束所在的节点，节点构成的区域即为岩体临界滑动面。

2.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：S2步中，所述岩体物理力学参数包括天然容重、干容重、饱和容重、含水率、抗拉强度、抗压强度、内摩擦角、粘滞系数；

所述构造面的物理力学参数包括内摩擦角、粘滞系数；

所述软弱层的物理力学参数包括天然容重、干容重、饱和容重、含水率、内摩擦角、粘滞系数。

3.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：S3步中，所述单元划分中的单元采用四边形单元。

4.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述单元静力平衡约束方程为：

其中，i代表第i个单元，取值范围为所有单元；代表第i个单元周边节点的正应力分量在X方向对该单元的合力；代表第i个单元周边节点的切应力分量在X方向对该单元的合力；代表第i个单元在X方向的体力；代表第i个单元周边节点的正应力分量在Y方向对该单元的合力；代表第i个单元周边节点的切应力分量在Y方向对该单元的合力；代表第i个单元在Y方向的体力。

5.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述节点应力已知边界条件约束方程为:

其中，j代表第j个节点，取值范围为应力已知边界范围内的节点；代表第j个节点X方向的正应力；代表第j个节点Y方向的正应力；代表第j个节点的切应力；代表第j个节点在边界方向的正应力；代表第j个节点在边界方向的切应力；、、，为计算参量。

6.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述节点应力屈服准则约束方程为：

其中，k代表第k个节点，取值范围为所有节点；代表第k个节点X方向的正应力；代表第k个节点Y方向的正应力；代表第k个节点的切应力；，代表内摩擦角；代表粘滞力；，为计算参量。

7.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述目标函数为：

其中，k代表第k个节点，N表示节点总数量；代表第k个节点X方向的正应力；代表第k个节点Y方向的正应力；代表第k个节点的切应力；代表第k个节点X方向的正应力对目标函数的效应系数；代表第k个节点Y方向的正应力对目标函数的效应系数；代表第k个节点的切应力对目标函数的效应系数。

8.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述最优解是指同时满足所述单元静力平衡约束方程、所述节点应力已知边界条件约束方程和所述节点应力屈服准则约束方程、且使得所述目标函数取得最大值的所述自变量。

9.根据权利要求1所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：所述紧约束是指对任一个最优解，所述节点应力屈服准则约束方程均取等号的约束。

10.根据权利要求1-8所述的岩体临界滑动面极限分析方法，其特征在于：在三维岩体稳定性分析中，所述单元采用六面体单元进行划分，并依据所述单元静力平衡约束方程、所述节点应力已知边界条件约束方程、所述节点应力屈服准则约束方程和所述目标函数的建立思路，建立三维的单元静力平衡约束方程、节点应力已知边界条件约束方程、节点应力屈服准则约束方程和目标函数，形成岩体临界滑动面极限分析的数学模型；求解数学模型的最优解；和所述最优解下，数学模型的紧约束所在的所述节点，节点构成的区域即为岩体临界滑动面。