[发明专利]一种边坡稳定性计算的滑面边界法

摘要

本发明只取滑体作为边坡稳定分析的计算对象，提出一种边坡稳定性计算的滑面边界法，以及基于该方法的综合下滑力—抗滑力稳定系数计算方法、主下滑力法。其优点是克服了现行边坡稳定性计算不收敛的难题，并可实施边坡渐渐稳定性破坏过程分析，计算容易，计算结果可与传统极限平衡条分法比较，新的稳定系数具有不同的物理意义，使现行边坡监测结果可应用于边坡稳定性评价。

主权项

一种边坡稳定性计算的滑面边界法，其特征在于包含如下步骤：①选取坡体作为有限元计算对象，除滑面的正应力、剪应力和位移外，坡体表面边界条件计算方法与常规一致，滑面以梁单元加以描述，滑面顶面梁单元为第1单元，沿着滑面顶面直至滑面底面的最后一个梁单元依次排序定义为第N单元；②在滑面垂直方向赋位移为零，在此基础上进行滑坡的第一次计算，获得滑面梁单元底面第一次计算的法向应力、切向应力和应变，如下式(1，2)；式中Tn,si，Sn,si分别表示滑面第i次计算所得的法向应力、切向应力和法向应变、切向应变矩阵，σnm,i，τsm,i，εnm,i和εsm,i分别表示第m单元第i次计算所得的法向应力、切向应力、法向应变和切向应变；n表示法向，s表示切向，i表示计算次数；比较每一单元第一次计算所得的切向应力与计算所得的法向应力相对应的临界摩阻力的大小，如果计算得到1～k单元切向应力大于临界摩阻力，相应单元第二次计算时的力边界条件等于临界摩阻力；对于某单元计算所得切向应力绝对值小于临界摩阻力，下次计算时不作为初始条件，这些单元则为k+1～N单元；Δτsk,L＝τcritk,L，L∈(1,k)   (3)③进行第二次计算，相对应1～k及k+1～N个单元力的初始应力及应变边界条件分别如下式式中：Tn,sB,2,Sn,sB,2分别为第二次计算时初始应力及应变边界条件矩阵，按上述(4)和(5)式，进行第二次计算所得的滑面单元的法向应力及切向应力矩阵见式(6)首先对1～N单元进行判定，按(6)式的法向应力以下式计算对应的临界摩阻力式中，为第Nk单元第i次计算所得临界摩阻力，为第Nk单元第i次计算所得法向应力；对于已经施加了临界摩阻力的滑面对应单元，比较法向应力大小，当此时按(8)式计算的法向应力之差绝对值的最大值大于某定值D1时，重新对该单元切向应力按式(9)赋值；|σnL,2‑σnL,1|max≥D1 Nk∈(1,k)   (8)对于未赋临界摩阻力的单元，当切向应力绝对值大于临界摩阻力时，对这样的单元施加临界摩阻力如下式(10)如第ki单元第2次计算，施加的摩阻力假定ki∈(k,m)；按照上述计算，在进行第三次计算时，1～N个滑面应力及应变边界条件分别为④重复步骤③，计算直至多次，对于已经施加了临界摩阻力的滑面对应单元，比较法向应力大小，当此时与上一次计算的法向应力之差绝对值的最 大值小于某定值D1时，则可以结束计算；式中，i为计算次数，m为施加临界摩阻力单元数；此时记下法向应力和切向应力以及切向应变其中Nk∈(1,N)。