推导无植被天然护坡稳定系数的方法与流程

本发明涉及护坡技术领域，特别涉及一种推导无植被天然护坡稳定系数的方法。

背景技术：

交通运输工具常常需要穿过山丘或者山谷，从而一侧或者两侧存在着仰坡，也就是沟堑式的构造。另外，也存在铁路路基高出周围地面，从而在其两侧或者一侧存在俯坡的情况。由于地质原因或者施工的原因，仰坡可能会存在滑落杂物的情况；以及路基松动，导致俯坡损坏的情况。由此，一般在侧坡上设置护坡结构，其可以由水泥修砌构筑，且可设置固定锚桩。

另一方面，历次震害表明，不同的护坡形式在地震作用下，破坏过程是不同的。土体本身具有一定的抗剪强度，在地震作用下，当土体达到抗剪强度，并且不断累计的时候，坡体发生失稳破坏。但是如果在对土体进行一些加固措施，在地震作用下，坡体的失稳过程延迟，甚至不失稳破坏。

而现在缺乏针对无植被天然护坡稳定系数的推导方法。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种推导无植被天然护坡稳定系数的方法，有效避免了现有技术中缺乏针对无植被天然护坡稳定系数的推导方法的缺陷。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种推导无植被天然护坡稳定系数的方法的解决方案，具体如下：

一种推导无植被天然护坡稳定系数的方法，首先构建推导无植被天然护坡稳定系数的系统，其包括计算终端，所述计算终端包括推导无植被天然护坡稳定系数的模块；

对于无植被天然护坡，先设定它的一个滑动面，土坡沿着这一滑动面滑动，在这滑动面上的任意一点的土体当达到极限平衡状态的时候，由摩尔—库伦准则而得出公式(1)：

式中：τ_f为土体抗剪强度；c'为有效粘聚力；σ、σ′为滑动面的总应力和有效应力；为有效摩擦角，本实施例中有效摩擦角为21°；u为土体的孔隙水压力；W为垂直压应力；

设土体底部的切向力和法向力分别为N和T，能得出公式(2)：

式中：α为土条底部倾角；

再进行以下设定：

滑裂面为圆弧形滑裂面；

只存在水平方向的条间力，竖直方向没有条间力；

各土条满足垂直方向平衡条件；

滑块满足总体力矩平衡条件。

由以上设定可以建立以下平衡方程公式(3)、公式(4)和公式(5)：

ΔN′cosα+ΔTsinα＝ΔW (3)

式中：N为土条的总个数；h_Q为圆心和水平地震力之间的垂直距离；Q为水平地震力；R为圆半径；

把公式(2)和公式(3)带入公式(4)得公式(6)：

然后运行计算终端的推导无植被天然护坡稳定系数的模块通过迭代法求出稳定系数F_s。

所述计算终端为计算机、手持终端或者PDA。

所述运行计算终端的推导无植被天然护坡稳定系数的模块通过迭代法求出稳定系数F_s的步骤如下：

步骤1：推导无植被天然护坡稳定系数的模块启动CAD绘图软件，结合无植被天然护坡的模型绘制计算图，采用费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法来确定滑弧圆心，根据护坡的坡度和坡脚倾角，可得第一夹角β₁＝26°，第二夹角β₂＝35°，O点的位置为从坡底和坡顶引出的与边坡和坡顶分别成第一夹角β₁，第二夹角β₂的两条直线的交点，连接OD，则危险滑动面的圆心则在OD线上，取点O为试算的圆弧中心，绘制出滑动面，测出滑弧的半径为1.3m。

步骤2：把滑动土体AEC划分成若干土条，对土条进行编号，为了方便计算，取土条宽度为滑动面半径十分之一；

步骤3：测出每个土条的中心高度h_i，列表计算sinα_i，和∑h_isinα_i，∑1/m_i这样的参数的值；

在Castaic波作用下用公式(6)迭代计算出无植被天然护坡的稳定系数，由此得到理论推导无植被天然护坡的稳定系数的值。

FLAC^3D有限差分软件计算的结果稍小于理论公式计算的结果，理论公式计算出来的稳定系数和FLAC^3D有限差分软件得出的稳定系数吻合较好。

经由限定本发明的降温范围，且把控制箱内关键的升温部件，即VR终端服务器安排在这样的冷却范围内，这样可达到侧重对控制箱内关键的升温部件，即VR终端服务器的降温，并可依赖各异的工作状态来把VR终端服务器的一些部分进行降温，经由所述支撑柱S9内且可朝下部送入同水平面保持倾度的气流的同水平面保持倾度的通道S98，这样在装配期间来把气流通路朝向VR终端服务器的部分与倾度实现调节，以此得到气流流向的正确；另外经由距离所述用来气流调配的圈状件S8一边更近的一头带有渐缩状圆台状通道S981，所述渐缩状圆台状通道S981用来在所述导气槽S88同所述同水平面保持倾度的通道S98未对齐的状态下来让所述所述圈状通道S80同所述同水平面保持倾度的通道S98的气流通路相通，更能确保气流流向的正确；另外所述突起部S87的外表面的后端能旋动地同经由能曲张的通道S802来同储有15Mpa氮气的氮气罐相通的直角折尺状通道S801相连，可于所述用来气流调配的圈状件S8旋动之际调节气流流向；经由旋动还可达到环向的气流流向的抉择，达到了运行的可靠度和平稳度，架构不复杂，降温效果佳。

附图说明

图1为本发明的滑动土体受力图；

图2是本发明的试验模型毕肖普条分法计算图；

图3是本发明的对比图。

图4是本发明主控箱的结构图。

图5是本发明箱体的剖视图。

图6是本发明的俯视图。

图7是筛板的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步地说明。

根据附图1-图7可知，本发明的推导无植被天然护坡稳定系数的方法，推导无植被天然护坡稳定系数的方法，首先构建推导无植被天然护坡稳定系数的系统，其包括计算终端，所述计算终端包括推导无植被天然护坡稳定系数的模块；

评价一个边坡是否稳定主要通过稳定系数F_s来衡量，一般，当F_s＜1时，坡体抗滑力小于下滑力，坡体下滑不稳定；当F_s＝1时，抗滑力等于下滑力，坡体处于极限平衡状态；当F_s＞1时，坡体抗滑力大于下滑力，坡体处于稳定状态。条分法是护坡稳定分析中使用最为广泛的方法，它是建立在摩尔—库伦强度准则、静力平衡条件、滑动面搜索和安全系数定义的基础上的。

对于无植被天然护坡，先设定它的一个滑动面，土坡沿着这一滑动面滑动，具体受力分析图见图1，在这滑动面上的任意一点的土体当达到极限平衡状态的时候，由摩尔—库伦准则而得出公式(1)：

式中：τ_f为土体抗剪强度；c'为有效粘聚力，本实施例中有效粘聚力为5.533kPa；σ、σ′为滑动面的总应力和有效应力；为有效摩擦角，本实施例中有效摩擦角为21°；u为土体的孔隙水压力；W为垂直压应力；

设土体底部的切向力和法向力分别为N和T，则由图1可知能得出公式(2)：

式中：α为土条底部倾角；

当使用简化毕肖普(Bishop)条分法进行坡体稳定性分析的时候需要再进行以下设定：

滑裂面为圆弧形滑裂面；

只存在水平方向的条间力，竖直方向没有条间力；

各土条满足垂直方向平衡条件；

滑块满足总体力矩平衡条件。

由以上设定可以建立以下平衡方程公式(3)、公式(4)和公式(5)：

ΔN′cosα+ΔTsinα＝ΔW (3)

式中：N为土条的总个数；h_Q为圆心和水平地震力之间的垂直距离；Q为水平地震力；R为圆半径；

把公式(2)和公式(3)带入公式(4)得公式(6)：

然后运行计算终端的推导无植被天然护坡稳定系数的模块通过迭代法求出稳定系数F_s。

所述计算终端为计算机、手持终端或者PDA。

所述运行计算终端的推导无植被天然护坡稳定系数的模块通过迭代法求出稳定系数F_s的步骤如下：

步骤1：推导无植被天然护坡稳定系数的模块启动CAD绘图软件，结合无植被天然护坡的模型绘制计算图如图2所示，采用费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法来确定滑弧圆心，根据护坡的坡度为1：1.2和坡脚倾角为40°，查表知可得第一夹角β₁＝26°，第二夹角β₂＝35°，O点的位置为从坡底和坡顶引出的与边坡和坡顶分别成第一夹角β₁，第二夹角β₂的两条直线的交点，连接OD，则危险滑动面的圆心则在OD线上，本实施例取点O为试算的圆弧中心，绘制出滑动面，测出滑弧的半径为1.3m。

步骤2：把滑动土体AEC划分成若干土条，对土条进行编号如图2所示，为了方便计算，取土条宽度为滑动面半径十分之一，即b＝0.13m；

步骤3：测出每个土条的中心高度h_i，列表计算sinα_i，和∑h_isinα_i，∑1/m_i这样的参数的值；

在0.1gCastaic波作用下用公式(6)迭代计算出无植被天然护坡的稳定系数，由此得到理论推导无植被天然护坡的稳定系数的值，其具体计算过程如下：

护坡土体含水率为32.21％，从振动台试验测得的孔隙水压力数据中发现，孔隙水压力非常小，所以u可忽略不计，则r_u为零，公式(6)可以变换为公式(7)：

式中：m_i为b为土条宽度；a为地震加速度；γ为土体重度，本文取17.36KN/m³。

利用公式(7)第一次试算，假设护坡的稳定系数F_s＝1，计算参数见表1，

表1

根据表1的计算参数，计算出护坡的稳定系数为

第二次试算假设护坡的稳定系数F_s＝2.67，计算参数见表1，

根据表1的计算参数，计算出护坡的稳定系数为

第三次试算假定护坡的稳定系数F_s＝2.93，计算参数见表1，根据表1的计算参数，计算出护坡的稳定系数为

计算结果与基本假定基本一致，故护坡的稳定系数为2.93，满足规范要求；

在0.2g Castaic波作用下护坡的稳定系数计算参数见表2，

表2

最终迭代求得的稳定系数为2.51；

在0.4g Castaic波作用下护坡的稳定系数计算参数见表3，

表3

最终迭代求得的稳定系数为1.94；

在0.8g Castaic波作用下护坡的稳定系数计算参数见表4，

表4

最终迭代求得的稳定系数为1.31。

而在同样条件下利用FLAC^3D有限差分软件用数值分析方法在0.1gCastaic波作用下计算出来的稳定系数值为2.73、在0.2gCastaic波作用下计算出来的稳定系数值为2.34、在0.4gCastaic波作用下计算出来的稳定系数值为1.78以及在0.8gCastaic波作用下计算出来的稳定系数值为1.25。由此绘制出理论推导无植被天然护坡的稳定系数的值和数值分析出的无植被天然护坡的稳定系数的值的对比图，如图3所示可知，FLAC^3D有限差分软件计算的结果稍小于理论公式计算的结果，理论公式计算出来的稳定系数和FLAC^3D有限差分软件得出的稳定系数吻合较好。

另外计算终端还通过网络同服务器相连接，在计算出稳定系数后，把稳定系数发送到服务器中保存；

服务器一般都放置在主控箱中，主控箱中还设置有其他的电子部件，主控箱往往设置在室内，而现在室内位于主控箱上方往往有保持室内温度的制冷管道，这些管道中的制冷液一旦出现泄露，就会由主控箱的上部纵向流进、偏向流进主控箱中，服务器和其他电子部件就会被制冷液所渗进，服务器中的部件和其他电子部件就会发生毁损而出现故障，要避免制冷液由主控箱的上部纵向流进、偏向流进主控箱中，目前把主控箱整体构造成封闭形式，这样即使在某些方面避免了服务器就会被制冷液所渗进的缺陷，然而却没考虑主控箱的制冷性能，另外更为不容易避免的缺陷为：当室内由于打扫卫生而喷洒在室内底部表面的清洗液不少时，就常常经过主控箱的换气槽、主控箱的盖板渗进主控箱里，使得主控箱里的部件就会发生毁损而出现故障，这样主控箱面对制冷与避免液流进入主控箱里的缺陷面临无法同步避免的问题，实现了制冷而不容易实现避免液流进入主控箱里，避免了液流进入主控箱里而不容易实现制冷的缺陷，要实现对主控箱的制冷，部分主控箱应用的技术为朝主控箱里送入外部气流，经由外部气流的运动实现制冷，然而进气扇把主控箱之外的气流送进主控箱里之际往往也会流进不少颗粒物杂质，该颗粒物杂质附着在服务器和其他电子部件壁面，影响了服务器的工作周期。

所述服务器设置在主控箱中，所述主控箱包括箱体O3，所述箱体O3包括下壁板、第一边壁板、第二边壁板O51、正面盖板、上壁板和背面壁板O52，所述下壁板上端两头分别连接着纵向的第一边壁板和第二边壁板O51，所述第一边壁板的背面和第二边壁板O51的背面通过背面壁板O52相连接，所述第一边壁板的上端、第二边壁板O51的上端和背面壁板O52的上端同上壁板的下端相连接，所述正面盖板铰接在所述箱体O3的正面；所述主控箱还包括用于阻液的拱状罩O1以及筒状阻液设备O2；所述筒状阻液设备O2的俯视图的轮廓为扇形，所述扇形的圆心角为180度；所述箱体箱体O3设在所述筒状阻液设备O2里，所述用于阻液的拱状罩O1设在所述箱体O3的上端，所述筒状阻液设备O2的俯视图的外部轮廓O6完整的被包围在所述用于阻液的拱状罩O1的俯视图的外部轮廓所围的区域里；

所述背面壁板O52同所述筒状阻液设备O2的背部壁面互相保持并列，另外所述正面盖板到所述筒状阻液设备O2的背部壁面的距离比所述背面壁板O52到所述筒状阻液设备O2的背部壁面的距离更长；所述正面盖板同所述筒状阻液设备O2的边壁之间的距离能让正面盖板可被拉开，所述筒状阻液设备O2的下壁和边壁都为封闭结构，由此就带有了阻液效果；

所述筒状阻液设备O2的下壁同水平面保持并列；

所述主控箱也包括有两对水平挡片O41、热电偶、MSP430F149单片机、包括可控硅、冷却风扇和冷却控制电路的冷却单元以及带有若干筛孔的筛板设备；

所述热电偶设在所述箱体里，所述热电偶把测量到的信号传递至MSP430F149单片机，所述MSP430F149单片机驱动冷却风扇运行和停止；

所述箱体O1中从高到低顺序设有两对水平挡片O41，从高到低的两对水平挡片O41顺序为上端水平挡片、位于中间上部位置的水平挡片、位于中间下部位置的水平挡片和下端水平挡片；

所述上端水平挡片同所述箱体的第一边壁板与背面壁板间密合连接，而所述上端水平挡片同所述箱体的第二边壁板间保留有距离；

所述位于中间上部位置的水平挡片同所述箱体的第二边壁板与背面壁板间密合连接，而所述位于中间上部位置的水平挡片同所述箱体的第一边壁板间保留有距离；

所述位于中间下部位置的水平挡片同所述箱体的第一边壁板与背面壁板间密合连接，而所述位于中间下部位置的水平挡片同所述箱体的第二边壁板间保留有距离；

所述下端水平挡片同所述箱体的第二边壁板与背面壁板间密合连接，而所述下端水平挡片同所述箱体的第一边壁板间保留有距离；

所述箱体的上壁板在水平向上距离第一边壁板比距离第二边壁板更近的一处位置上开有用来送风的贯通槽O42，所述箱体的第二边壁板在纵向上距离下壁板比距离上壁板更近的一处位置上开有用来排风的贯通槽O43；

所述带有若干筛孔的筛板设备包括第一筒状罐体O8、第一带有若干筛孔的筛板O10、第二筒状罐体O9和第二带有若干筛孔的筛板O11；

所述第一筒状罐体O8中按水平向设有第一带有若干筛孔的筛板O10，所述第二筒状罐体O9中按水平向设有第二带有若干筛孔的筛板O11；

所述第一筒状罐体O8的下端开有贯通式第一导进槽，所述第一筒状罐体O8处在比第一带有若干筛孔的筛板O10更低位置的边壁上开有贯通式第二导进槽；

所述第一筒状罐体O8的上端同所述第二筒状罐体O9的上端经过两端贯通的第一腔体相通，所述第一筒状罐体O8处在比第一带有若干筛孔的筛板O10更高位置的边壁部分同所述第二筒状罐体O9处在比第二带有若干筛孔的筛板O11更高位置的边壁部分间经过两端贯通的第二腔体相通；

所述第二筒状罐体O9处在比第二带有若干筛孔的筛板O11更低位置的边壁部分开有贯通式导出槽；

另外所述冷却风扇设置在两端贯通的第三腔体中，在冷却风扇运行时第三腔体送出气流的那一端同所述贯通式第一导进槽与贯通式第二导进槽相连接，所述贯通式导出槽同所述箱体的用来送风的贯通槽O42相连接。

所述拱状罩O1的俯视图为扇形，所述扇形的弧度为π。

所述热电偶、变换电路、A/D转换器和MSP430F149单片机依次顺序相连接，这样热电偶测量的信号经变换电路放大之后由A/D转换器数字化传输至MSP430F149单片机，MSP430F149单片机还同冷却控制电路相连接，冷却控制电路、可控硅和冷却风扇依次顺序相连接，这样MSP430F149单片机通过冷却控制电路使可控硅进行通断操作，以控制冷却风扇的冷却强度。

所述服务器和其他电子部件分别放置在所述两对水平挡片O41上。

另外所述热电偶若测量出箱体中的气温比预先设定的值要大，通过MSP430F149单片机就驱动冷却风扇，朝着箱体里送进气流。

本发明的结构的功能如下：

经由所述筒状阻液设备O2把室内底部表面产生的液流同所述主控箱的箱体分开，由此纵然清洗过程产生大量的蓄液亦无法渗进所述箱体里面；另外所述用于阻液的拱状罩O1能够避免制冷液由主控箱的上部纵向流进、偏向流进主控箱，凭借所述筒状阻液设备O2的俯视图的外部轮廓O6完整的被包围在所述用于阻液的拱状罩O1的俯视图的外部轮廓所围的区域里，上方泄露的制冷液亦无法渗进至所述筒状阻液设备O2里面，由此主控箱的箱体处在所述筒状阻液设备O2里面会无危险，避免了上方泄露的制冷液的渗进；还有就是所述箱体的正面盖板同所述筒状阻液设备O2的边壁间的跨度不小于正面盖板的水平跨度，如此方可确保所述箱体的正面盖板可无妨碍的拉开；另外所述热电偶设在所述箱体里，若测量出箱体中的气温比预先设定的值要大，通过MSP430F149单片机就驱动冷却风扇，朝着箱体里送进气流；而两对水平挡片O41的架构让经过箱体上用来送风的贯通槽O42而送进的气流要经过每一个水平挡片分开的区域后方能进入到箱体内的下部，加上所述服务器和其他电子部件分别放置在所述两对水平挡片O41上，气流由箱体上用来送风的贯通槽O42直到箱体上用来排风的贯通槽O43的期间气流的运行是起伏状的，经过了所有的水平挡片上的部件，由此让气流可同所述服务器和其他电子部件进一步作用，实现了更佳的冷却功能；还有就是冷却风扇运行之际朝箱体中送进气流时，流入的气流亦经过筛除的，筛除了颗粒物杂质，由此在实现冷却功能之际还避免了颗粒物杂质的损害，让所述服务器和其他电子部件得以改善。

以上以附图说明的方式对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。