[发明专利]一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法

摘要

本发明公开了一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法，属于岩土工程技术领域。其特征是，将层状岩体简化为叠合悬臂梁模型，针对岩层的受力机制和严格的力学推导确定岩层的破坏模式；再结合潘家铮原理和逐步分析方法，确定边坡发生整体破坏所需最小外力，与之对应的破坏面即为边坡潜在破坏面，破坏面所覆盖的岩层即为最危险的岩层组合。与现有技术相比，本发明的优点在于：1)充分考虑了层间力的作用；2)整个搜索过程按照严格的力学推导进行；3)能够准确确定岩层破坏数目。本发明提出的搜索方法能很好解决现有半理论半经验方法的不确定性问题，提高了弯曲倾倒理论分析的可靠性，具有很好的工程实用价值。

主权项

1.一种反倾向边坡弯曲倾倒破坏面的搜索方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，将边坡破坏区分为坡脚剪切破坏区和中上部弯曲拉裂破坏区，哪种破坏条件先满足岩层便以这种破坏模式发生破坏；若坡脚岩层i发生剪切破坏，则必定满足摩尔‑库仑准则；此时，岩层i所需上部岩层的法向推力Pi为：若坡脚岩层i发生弯曲拉裂破坏，则必定满足最大拉应力理论；此时，岩层i所需上部岩层的法向推力Ti为：若Pi≤Ti，即岩层i发生剪切破坏所需的上部推力小于发生弯曲拉裂破坏的上部推力，此时岩层i更容易发生剪切破坏；反之Ti步骤2，计算岩层在自重作用下发生弯曲倾倒破坏的极限高度：步骤3，计算岩层法线上部的岩层i高度h_hri、h_hli、h_hi：h_hi＝(h_hri+h_hli)/2                                (6)步骤4，根据几何条件和岩层的受力机制，计算岩层i破裂面可能出现位置的上下限：Lxi＝(nst)btanθr                                (7)Lsi＝min(h_hn_start+k‑h0,h_hi)                      (8)步骤5，计算任意岩层的折断面高度hri、hli：k是[0,1]之间的随机数，在此称作位置系数；随机产生一组可行的折断面，计算各个岩层发生弯曲倾倒破坏和发生剪切破坏所需的外力，并根据式(3)确定其破坏模式；步骤6，给定搜索角θr，根据式(9)得到岩层的折断位置hri、hli，再通过逐步迭代的方式计算岩层发生整体破坏所需外力F；计算过程中，若出现Tnn≤0，即岩层1～nn不需要外力就能破坏，记录相应的破坏面和Tnn，并令F＝Tnn；不断改变岩层组合，得到一系列外力F，将一系列外力F当中的最小值作为边坡发生整体破坏所需最小外力，与之对应的破坏面为搜索角θr下边坡的潜在破坏面；步骤7，改变搜索角θr，重复步骤1‑6直到搜索终止；找到一系列F中的最小值，并将此值当作边坡发生整体破坏所需的外力，记录对应的岩层破坏组合和破坏面Ωnn；步骤8，如果步骤7中得到F>0，那么直接跳到步骤10；否则F≤0，且F＝Tnn，此时岩层nn+1受到下部岩层的抵抗力为0；当岩层nn+1位于折断面上部的等效高度大于岩层在自重作用下的极限高度h0时，岩层nn+1将自重作用下发生折断破坏；计算岩层nn+1发生折断破坏次数，公式如下：n1＝[hnn+1/h0]                             (10)步骤9，同理，岩层nn+2～nt将自重作用下发生折断破坏，折断次数计算公式如下：式中，t是岩层在自重作用下发生折断破坏的数目，通过如下公式确定：hnn+t+1‑hnn+t+nth0＜h0                         (12)nt＝nn+t                             (13)边坡整体破坏面将由三部分构成：岩层1～nst的剪切破坏面，岩层nst+1～nn的折断破坏面，岩层nn+1～nt的折断破坏面；步骤10，逐步折减岩体强度参数，岩体强度参数包括：粘聚力c、内摩擦角和层间内摩擦角抗拉强度σ_t使F等于零，此时对应的折减系数F_S即为边坡的稳定系数。