[发明专利]一种反倾边坡稳定性评价的方法

摘要

本发明公开了一种反倾边坡稳定性评价的方法，属于岩土工程技术领域，其特征是，基于边坡几何力学边界条件，确定反倾边坡潜在破坏模式；建立仅依赖于边坡岩块编号的边坡岩块物理量如等效倾倒重量、传递系数等的统一表达式，继而建立了反倾边坡倾倒破坏稳定性分析模型，使边坡倾倒稳定性分析公式化、程序化；该方法适用于两组结构面斜交的情况，拓展了边坡倾倒稳定性分析的应用范围；同时，该方法易于编制成基于为广为工程技术人员所熟悉的Excel的稳定性分析程序，实现反倾边坡稳定性的快速程序化分析。本发明适用于矿山、水利水电以及道桥等领域的反倾边坡稳定性评价工作，具有很好的工程实用价值。

主权项

1.一种反倾边坡稳定性评价的方法，其步骤是：第一步：输入边坡几何力学参数(S1)，坡面倾角(21)、自然地面倾角(22)、潜在破坏面倾角(23)、陡倾结构面倾角(24)、横切结构面倾角(25)、边坡高度(26)、岩块厚度(27)以及陡倾结构面摩擦角和横切结构面摩擦角以及边坡安全系数；第二步：中间参数计算(S2)，一是辅助参数计算：边坡坡面与陡倾结构面法线之夹角：β_sr＝β_s+β_j-90°；自然地面与陡倾结构面法线之夹角：β_gr＝β_g+β_j-90°；潜在破坏面与陡倾结构面法线之夹角：θ_r＝θ+β_j-90°；横切结构面与陡倾结构面法线之夹角：β_br＝β_b+β_j-90°；A_s＝tanβ_sr-tanθ_rA_g＝tanβ_gr-tanθ_r；二是强度参数折减，采用强度折减法，折减后的强度参数如下：φd=arctan(tanφd0/Fs)]]>φb=arctan(tanφb0/Fs)]]>三是特征参数计算：边坡坡顶岩块高度与岩块厚度的比值：边坡坡顶岩块编号：自第一块倾倒岩块自上而下给边坡岩块编号，不需要事先人为地确定第一块倾倒岩块的位置，边坡的几何特征参数确定坡顶以上倾倒岩块的数量，即坡顶岩块编号m；第三步：边坡失稳模式判别(S3)根据横切结构面倾角25及其摩擦角的相互关系确定边坡潜在破坏模式：边坡按整体滑动破坏模式分析；则边坡按倾倒破坏模式分析；第四步：边坡滑动稳定性分析(S4)，在第三步中判别边坡为滑动破坏模式，维持边坡极限滑动平衡所需的支护力计算如下：P=γH2As2cosβsrsinβs[cosβsrsinβs-cosβgrsin(βsr-θr)sinβssin(βgr-θr)](sinβb-cosβbtanφb);]]>第五步：边坡倾倒稳定性分析(S5)，在第三步中判别边坡为倾倒破坏模式，则其稳定性分析如下：a、倾倒岩块间法向作用力按下式计算：Nn=Wn′+Σi=1n-1(Wi′Πj=in-1ψj)]]>其中：传递系数：ψi=1+tanβgr-tanφdχ+(m-i-1)Ag(i≤m-2)χ+tanβgr-tanφdχ-tanβsr+tanβbr(i=m-1)1+tanβsr-tanφdχ-(i+1-m)As-tanβsr+tanβbr(i≥m)]]>等效倾倒重量：Wi′=12γt2{sinβ[χ+(m-i)Ag]-cosβ-sinβtanβbr}(i<m)12γt2[χ-(i-m)As]{sinβ[χ-(i-m)As+tanβbr]-cosβ}χ-(i-m)As-tanβsr+tanβbr(i≥m)]]>b、边坡岩块失稳模式判别系数计算：边坡岩块从第一块倾倒岩块开始从上而下发生倾倒破坏时，边坡下部岩块底部的下滑力将大于或等于其抗滑力，此时该岩块及其下岩块出现整体滑动失稳，失稳模式判别系数按下式计算：fi=Wisinβb-[Wi′+(ψi-1-1)Ni-1](cosβbr+tanφdsinβbr){Wicosβb-[Wi′+(ψi-1-1)Ni-1](tanφdcosβbr-sinβbr)}tanφb]]>c、边坡倾倒破坏极限平衡所需的支护力计算：在实施步骤(c)时，岩块的失稳模式判别系数的绝对值大于或等于1，其下岩块所组成的楔形体作整体滑动分析，维持边坡倾倒破坏极限平衡的支护力按下式计算：P＝N_I-1(cosβ_br+sinβ_brtanφ_b+sinβ_brtanφ_d-cosβ_brtanφ_dtanφ_b)+W_T(sinβ_b-cosβ_btanφ_b)其中，I为失稳模式转换处岩块编号；N_I-1为滑动楔形体上倾倒岩块作用的法向力；W_T为楔形体重量，第六步：反倾边坡稳定性评价(S6)时，P≤0，边坡稳定，否则边坡发生滑动失稳破坏；时，P≤0，边坡稳定，否则边坡发生倾倒失稳破坏；评价不同安全系数下边坡的稳定性时，只要在参数模块中重新输入安全系数并重复上述步骤。