[发明专利]岩体临界滑动面极限分析方法

说明书

本发明公开了一种岩体临界滑动面极限分析方法，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；测定不同性质岩体、构造面、软弱层的物理力学参数；划分单元；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；通过计算机程序求解所述数学模型的最优解和数学模型的紧约束所在的节点，确定岩体临界滑动面。本发明优点在于提供了定量确定岩体临界滑动面的方法，克服了当前技术仅能定性判别岩体是否稳定的缺陷，理论基础严密、适用性强，计算结论与工程实践更为符合，具有较好的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及岩土工程稳定性分析领域，尤其涉及岩体临界滑动面极限分析方法。

背景技术

岩体工程稳定性分析在水利水电、公路与轨道交通、工业与民用建筑、地质矿产开发及生态环境治理等工程中广泛存在。岩体稳定性分析主要包括三类问题：岩质边坡稳定性分析、地下洞室围岩稳定性分析和岩石基础承载力分析；主要涉及两个方面内容：岩体稳定性的判别和岩体临界滑动面的计算。其中岩体稳定性的判别主要解决岩质边坡、地下洞室和岩石基础在一定的外力条件下是否能够保持稳定的问题。如果岩质边坡、地下洞室和岩石基础在一定的外力条件下不能够保持稳定，为了满足工程建设需要，通常需要对岩体进行加固处理。为了加固处理这些不稳定的岩体，则需要进一步地知道岩体在哪些部位出现了不稳定，也即需要知道岩体临界滑动面的位置。

目前在岩体稳定性分析中，常用的极限平衡法只能进行岩体稳定性分析，且在稳定性判别时需要假定临界滑动面已知，不能进行岩体临界滑动面的计算。其他岩体稳定性分析方法，如滑移线法、有限元法和极限分析法，虽然可以计算岩体临界滑动面，但是滑移线法适用性差，不适用于实际工程计算；有限元法需要用到岩体中最不易弄清楚的本构关系，极限分析法需要引入应力间断或速度间断假定，导致理论严密性不足。

本申请发明人于2021年12月29日申报的《岩体稳定性极限分析方法》专利，申请号为：202111610587.4，不需要引入岩体中最不易弄清楚的本构关系，也不需要引入应力间断或速度间断假定，适用性强，但其仅能判别岩体是否稳定，而不能给出岩体临界滑动面。

因此，设计一种不需要引入应力-应变关系、不需要引入应力间断或速度间断假定、且理论基础严密、适用性强的岩体临界滑动面的分析方法，对岩质边坡、地下洞室和岩石基础的加固处理等都有着重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种岩体临界滑动面极限分析方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述一种岩体临界滑动面极限分析方法，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，求解所述数学模型的最优解；

S6，根据所述最优解，求解数学模型紧约束所在的节点，节点构成的区域即为岩体临界滑动面。所述岩体临界滑动面，对不同问题可以有不同的表现形式，可以表现为一条二维曲线，也可以表现为一个二维区域。

进一步地，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。