一种边坡稳定性计算的滑面边界法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种边坡稳定性计算的滑面边界法
【技术领域】
[0001]本发明涉及边坡工程稳定性评价及防治【技术领域】，具体的说是一种边坡稳定性计算的滑面边界法。
【背景技术】
[0002]边坡稳定性分析现行主要采用的是极限平衡条分法、有限单元强度折减法等。传统的极限平衡条分法对于给定滑动面的物理力学参数取临界状态参数，且假定滑动面同时处于临界应力状态，为了使问题变得静定可解，各种极限平衡条分法都对条块底边上法向力的作用点以及条间推力的方向或作用线作了不同的假定，从而使稳定性分析方法的严密性受到损害，再加上对临界摩阻力进行折减，计算所得推力等应力场不能反应实际情况。有限单元数值计算强度折减法采用的本构方程是理想弹塑性方程，这种本构方程适宜描述残余应力状态，且对摩阻力同样也是进行折减，因而使力和位移场不具有和实际现场进行比较的可能性，计算所得稳定系数与极限平衡条分法所得值不能进行比较。另外，引起边坡有限元法计算不收敛的原因很多，如:a)当坡体由多种不同物质组成，刚度相对滑床较大(也即是:某一坡体刚度K1, K2或K3等小小于滑床刚度KC)，b)当滑面刚度KH1, KH2或KH3相对滑床刚度KC较大，c)计算所得局部变形较大，d)当滑面贯通时等。这四种因素中，任一因素都会引起计算不收敛。而现有技术中没有对相关问题加以解决，计算结果具有不确定性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种边坡稳定性计算的滑面边界法，只取滑体作为边坡稳定分析的计算对象，克服了现行边坡稳定性计算不收敛的难题，并可实施边坡渐进稳定性破坏过程分析，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。
[0004]一种边坡稳定性计算的滑面边界法，包含如下步骤:
[0005]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，滑面可以以梁单元加以描述，滑面顶面梁单元为第I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；
[0006]2、在滑面垂直方向赋位移为零或一定规律的关系式，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)；
【权利要求】
1.一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I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)；
2.一种基于权利要求1所述的边坡稳定性计算的滑面边界法的综合下滑力一抗滑力稳定系数计算方法，其特征在于包含如下步骤: 对每个沿滑面单元的下滑应力τ,?1+1和临界摩阻应力Tsraiti^+1转化成对应的力，并求其矢量和，分别形成综合下滑力Ps和综合摩阻力T，且分别与水平轴形成的最小夹角为%和af，稳定性系数为 p= T^a1-OJ(33) ^ Ps 式(33)的物理意义为单位下滑力所产生的抗力。
3.一种基于权利要求1所述的边坡稳定性计算的滑面边界法的主下滑力法，其特征在于包含如下步骤: 求解I~m滑面单元的剩余下滑应力τ并转化为力，形成最大剩余推力的矢量和，定义为Pm，且与X轴的最小夹角为a sm ;将m+l至n每个单元的剩余抗滑应力τ μ:,1- τ 转化为力，求其矢量和，形成综合剩余摩阻力 ?，其与水平轴的最小夹角为a f°?，定义为富余系数Ff，s
【文档编号】G06F17/50GK103729521SQ201410025081
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】卢应发, 石峻峰, 刘德富 申请人:湖北工业大学