[发明专利]一种三维蠕变边坡的长期稳定性预测方法

摘要

本发明公开了一种基于滑动位移分析的三维边坡稳定性预测方法，它包括选定具体待预测的三维蠕变边坡、将该三维蠕变边坡离散化、建立岩土体的西原体模型和强度折减法，获得条柱底面的剪切力与关键点竖向位移的关系和求解不同时刻对应的关键点竖向位移等几个步骤，可以得到三维蠕变边坡的长期滑动位移随折减系数变化的关系，从而得到三维蠕变边坡的长期稳定系数。本发明的优点是考虑了岩土体的蠕变特性和三维蠕变边坡的滑动位移信息，提高了计算精度，三维蠕变边坡的长期稳定性预测结果更为可靠。

主权项

一种三维蠕变边坡的长期稳定性预测方法，包括步骤1、选定具体待预测的蠕变边坡，确定三维边坡及其潜在滑裂面的几何尺寸，将潜在滑裂面和边坡表面用方程表示；确定岩土的土体指标参数；步骤2、将三维蠕变边坡体离散化，三维蠕变边坡被垂直离散为m行和n列条柱，每个条柱按所在的行号i和列号j定义为[i,j]；假定行方向的条柱间作用力与水平面夹角为±α，假定列方向的条柱间作用力与水平面夹角为±β；步骤3、引入强度折减法，折减系数为RF，和摩尔库伦准则，来计算岩土体的长期抗剪强度：其中为第[i,j]条柱底面的长期抗剪强度，为第[i,j]条柱底面的正应力，为岩土体的内摩擦角，c为岩土体的粘聚力；引入强度折减法，折减后的岩土体长期抗剪强度为：其中为第[i,j]条柱底面折减后的岩土体长期抗剪强度；那么，第[i,j]条柱底面折减后的长期抗剪力为：Slong,ri,j=τlong,ri,jAi,jnzi,j]]>其中第[i,j]条柱底面折减后的长期抗剪力，Ai,j为第[i,j]条柱的横截面积，为第[i,j]条柱底面法向力的单位向量在z轴上的分量；再根据西原体模型，确定第[i,j]条柱底面的剪力与该条柱的剪切位移之间的关系；利用离散后的各条柱的位移协调条件，得到第[i,j]条柱底面的剪切力与关键点竖向位移Δ0的关系；其特征是，边坡条柱中的西原体模型分为两个部分：(1)当潜在滑裂面上的剪力Si,j小于第[i,j]条柱底面折减后的长期抗剪力时，得到第[i,j]条柱底面的剪力与该条柱的剪切位移之间的关系为：Δi,j(t)=(G1+G2)Si,jbG1G2(1-e-G2η1t)]]>式中Δi,j(t)为第[i,j]条柱底面的剪切位移，Si,j为第[i,j]条柱底面的剪力，G1，G2，η1，η2为西原体模型中的参数，t是发生蠕变的时间，b是条柱行方向的宽度；(2)当潜在滑裂面上的剪力Si,j大于等于第[i,j]条柱底面折减后的长期抗剪力时得到第[i,j]条柱底面的剪力与该条柱的剪切位移之间的关系为：Δi,j(t)=G2(Si,j-Slong,ri,j)bη1(t+G2η2G1e-G1G2η2t+G2η2G1)]]>其中为第[i,j]条柱底面折减后的长期抗剪力，Si,j为第[i,j]条柱底面的剪力；步骤4、根据3个力的平衡方程和3个力矩的平衡方程，并结合[i,j]条柱底面的剪力与关键点竖向位移的关系式，建立一个含有未知数α，β，Δ0，RF和蠕变时间t的非线性方程组；求解该方程组，得到不同折减系数和不同的时刻所对应关键点的竖向位移Δ0；进而得到不同折减系数下该三维蠕变边坡的长期竖向位移的关系；关键点长期竖向位移陡增处对应的折减系数RF值为该三维蠕变边坡的稳定系数，从而判断该三维蠕变边坡的长期稳定性。