层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法

本发明涉及岩质工程，尤其涉及层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法。

背景技术：

1、随着时代的发展，边坡与人们的生产生活活动日渐紧密相关，且边坡多存在于公路、桥梁、矿山开采、城镇建设等方面，因此边坡失稳不仅对人民群众的财产生命安全造成巨大影响，同时会对当地的自然景观造成一定的破坏。边坡按照物质的组成可分为土质边坡和层状岩质边坡，层状岩质边坡按倾向可分为顺倾向和反倾向岩质边坡，长期以来，边坡稳定性问题一直是影响岩质边坡开采的关键，影响边坡稳定的主要影响因素包括边坡自身产状和岩土体的抗剪强度以及外界因素。因此对边坡进行合理的稳定分析以及正确的敏感性评价是边坡工程开展的基础，同时可为边坡滑坡的防治提供有效针对性措施。

2、相关技术中对边坡稳定影响因素的敏感性做出了深入的研究，并取得了许多成果，但研究主要是在岩体边坡整体的强度参数方面，且大部分研究表明岩体的强度参数是影响边坡稳定的主要因素，但是对层状岩质边坡的倾角与层厚方面考虑较少，因此无法准确反映边坡真实状况。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中所提的技术问题，本发明提供层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法。

2、本发明采用以下技术方案实现：层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，包括如下步骤：

3、s1：模型建立，设定岩性为均质泥岩，并将泥岩分为顺倾岩质边坡和反倾岩质边坡，并设定各边坡的高度、坡角、倾角；

4、s2、确定均质泥岩与层面的参数及边界条件；

5、s3、根据各参数自身情况分别设置不同的梯度变化，分别计算分析各参数所对应的边坡安全系数；

6、s4、根据各参数所对应的边坡安全系数，获得各参数下的最大剪应变模拟云图，分析出在相同的参数条件下顺倾与反倾岩质边坡的稳定安全系数的区别；

7、s5、对各参数所对应的影响因素进行敏感度计算，分析出边该坡失稳的主导因素。

8、作为上述方案的进一步改进，在步骤s2中，均质泥岩的强度参数至少包括岩层倾角及岩层层厚；层面的强度参数至少包括层面粘聚力及层面内摩擦角。

9、作为上述方案的进一步改进，在步骤s2中，边界条件为两端水平约束，底部x、y方向均约束，其余边界为自由边界。

10、作为上述方案的进一步改进，在步骤s4中，在分析岩层层厚时，泥岩层厚的选取范围在0.4m、0.6m、0.8m、1.2m、1.6m、2.0m内，其余参数保持不变；

11、其中，顺倾岩质边坡的安全系数变化范围为1.52-1.56，反倾岩质边坡的安全系数变化范围为1.2-1.16；

12、在分析岩层倾角时，倾角选取范围在0°-85°内，变化梯度为5°，其余参数保持不变；

13、其中，顺倾岩质边坡的安全系数变化范围为1.95-1.93，反倾岩质边坡的安全系数变化范围为1.95-1.6。

14、作为上述方案的进一步改进，在步骤s5中，将反倾岩质边坡倾角分为平缓阶段0°-25°、下降阶段30°-55°、混合阶段60°-85°；

15、将顺倾岩质边坡的倾角分为下降阶段0°-25°、混合阶段30°-55°、上升阶段60°-85°。

16、作为上述方案的更进一步改进，在步骤s5中，对各参数所对应的影响因素进行敏感度计算的方法包括如下步骤：

17、s51、定义参考序列矩阵x与被比较序列矩阵y分别为：

18、xi＝[xi(1)，xi(2)，…xi(n)]，yi＝[yi(1)，yi(2)…yi(n)]，

19、被比较序列矩阵y是参考序列矩阵x在对应条件下的数列矩阵，则子母序列的表达式分别为：

20、

21、

22、s52、对参考序列矩阵x和被比较序列矩阵y进行无量纲化处理，以获得差异序列矩阵△ij，找出差异序列矩阵△ij中的最大值与最小值；

23、s53、初步设定关联系数矩阵为r，根据差异序列矩阵中的最大值与最小值，获得关联系数矩阵中的参数；

24、s54、根据关联系数矩阵中的参数获得关联系数矩阵r，并分别计算出每个参数的敏感度。

25、作为上述方案的更进一步改进，在步骤s52中，对参考序列矩阵x和被比较序列矩阵y进行无量纲化处理，以获得差异序列矩阵△ij的方法包括如下步骤：

26、s521、将参考序列矩阵x和被比较序列矩阵y分别代入下式进行处理，以分别获得处理后的矩阵x'和矩阵y'，该下式为：

27、

28、

29、s522、将矩阵x′和矩阵y′分别代入下式进行处理，获得差异序列矩阵△ij，该下式为：

30、δij＝|x′ij-y′ij|。

31、作为上述方案的更进一步改进，在步骤s52中，在差异序列矩阵△ij中找出的最大值与最小值分别表示为：

32、δmax＝maxδij；

33、δmin＝minδij。

34、作为上述方案的更进一步改进，在步骤s53中，关联系数矩阵中的参数表示为：

35、

36、其中，ω为分辨系数，在0-1范围之间。

37、作为上述方案的更进一步改进，在步骤s54中，关联系数矩阵r表示为：

38、

39、其中，n为所选因素的水平数量。

40、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

41、本发明的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，全面考虑岩层产状对边坡稳定敏感性最大的影响因素，且采用有限元强度折减法进行模拟计算分析，选择层面粘聚力与内摩擦角、岩层倾角、坡角、坡高、层厚对边坡安全系数的影响进行比较分析，再以灰色关联理论为基础，对各个影响因素进行敏感度计算，探寻边坡失稳的主导因素，其中对岩层倾角进行了着重分析，研究结果对实际工程有一定的指导意义。

技术特征：

1.层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s2中，均质泥岩的强度参数至少包括岩层倾角及岩层层厚；层面的强度参数至少包括层面粘聚力及层面内摩擦角。

3.如权利要求1所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s2中，边界条件为两端水平约束，底部x、y方向均约束，其余边界为自由边界。

4.如权利要求1所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s4中，在分析岩层层厚时，泥岩层厚的选取范围在0.4m、0.6m、0.8m、1.2m、1.6m、2.0m内，其余参数保持不变；

5.如权利要求1所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s5中，将反倾岩质边坡倾角分为平缓阶段0°-25°、下降阶段30°-55°、混合阶段60°-85°；

6.如权利要求5所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s5中，对各参数所对应的影响因素进行敏感度计算的方法包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s52中，对参考序列矩阵x和被比较序列矩阵y进行无量纲化处理，以获得差异序列矩阵△ij的方法包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s52中，在差异序列矩阵△ij中找出的最大值与最小值分别表示为：

9.如权利要求8所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s53中，关联系数矩阵中的参数表示为：

10.如权利要求9所述的层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，其特征在于，在步骤s54中，关联系数矩阵r表示为：

技术总结
本发明公开了层状岩质边坡稳定影响因素敏感性分析方法，包括如下步骤：S1将泥岩分为顺倾岩质边坡和反倾岩质边坡；S2确定均质泥岩与层面的参数及边界条件；S3根据各参数自身情况分别设置不同的梯度变化，分别计算分析各参数所对应的边坡安全系数；S4根据各参数所对应的边坡安全系数进行区别分析；S5对各参数所对应的影响因素进行敏感度计算分析，本发明全面考虑岩层产状对边坡稳定敏感性最大的影响因素进行模拟计算分析，至少选择岩层倾角、层厚对边坡安全系数的影响进行比较分析，再对各个影响因素进行敏感度计算，探寻边坡失稳的主导因素，研究结果对实际工程有一定的指导意义。

技术研发人员：赵田,顾佳一,郑刘根,詹润,张文媛
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15