一种边坡稳定性评价唯一解的确定方法

本发明专利涉及各类边坡稳定性状态的评价理论方法，对边坡稳定性进行评价的结果唯一性问题，其理论是采用模糊线性规划理论与广义剩余推力法，通过模糊线性规划限定条件界定出指定工况下边坡体最危险滑面及其稳定状态计算结果。

背景技术：

1、在传统的边坡稳定性评价中，所确定的滑面并不是唯一的，所得到的滑面很难确定是最危险滑面，且受人为因素影响很大。在传统的边坡稳定性分析中，通常是先通过经验法或者简单的圆弧法拟定一个假设滑动面，然后使用极限平衡法求出拟定滑动面的稳定系数，再用同样的方法计算几个滑面的稳定性系数，然后以最小的稳定系数作为评价边坡的稳定状态，由此造成边坡稳定性评价结果因人而异的现象和评价结果。但在实际给定边坡体在一定工况下其稳定状态应该是具有唯一性的，不存在多解问题。由此造成边坡稳定状态求解的不精确，也很难说谁的结果更可靠，由此可能造成灾害性后果。如何找出在现有理论方法基础上是最优的唯一解，是边坡稳定性分析中所面临的最主要的难题，由此也有可能造成不必要的灾害发生，并产生巨大的经济损伤和社会影响。

2、对边坡进行稳定性分析时所用到的土体参数是通过实验所得到的实验数据，不同的土层参数之间其物理力学参数是不同的；在采用极限平衡法评价边坡的稳定性时，可能涉及条块跨越多个土层的情况，由于土层之间的参数变化，造成所选条块的土体参数不精确、非唯一，最终导致计算结果的多样性，计算结果也会因人而异。传统的滑动面通常由多种形式，但人为因素影响较多，通过传统的方式很难找出精准且符合实际的滑面。

技术实现思路

1、本发明首先将边坡划分为有限个微小的单元体，据此解决岩土体物理力学参数离散性大的问题；然后再应用模糊线性规划理论方法，将有限个微小边坡体单元体构建成不同限定条件下最危险滑面路径组合，通过搜寻最大剩余推力的路径与最优解的确定方法，从而一次性界定出给定工况下边坡整体最危险滑面和局部最危险滑面，同时计算出边坡稳定性系数的结果，从而解决给定工况下边坡稳定性评价结果的唯一性问题。

2、针对土体参数选取的不准确、非唯一的问题，本发明提出将边坡划分成有限个微小单元体的方法，构建边坡为单元体系，当微单元体足够小时，每一个单元体都可视为均质体。从而解决物理力学参数可靠性问题。

3、其次是建立广义剩余推力极限平衡计算理论方法式(1)，据此在模糊线性规划约束下计算每一个微小单元体的最大剩余推力及其剩余推力的作用方向，从而界定出边坡体的稳定状态。也就是每一个微单元体在-90°～+90°变化范围内计算并确定其最大剩余推力，在搜寻滑面时采用模糊线性规划的理论方法，通过限定入口区、检查出口区剩余推力值是否符合模糊规划的范围和剩余推力接近于零，然后智能辨识最危险滑面的合理性和科学性。依此类推，通过构建组合入口区与出口区智能找出最危险滑动面与最小安全系数，从而确定边坡体的最危险滑面。全部计算与优化组合过程为智能运行，无任何人为因素的干预，使得滑动面更加科学和符合实际情况。

4、本发明在使用极限平衡法时，摒弃传统的先定滑面后计算的方式，采用先给定安全系数值域范围再通过智能循环计算优化出在最大剩余推力趋于零条件下确定最小稳定性系数。由此针对给定的边坡体给定体条件和限定工况最危险、唯一滑面和最小稳定系数，且当单元体尺寸小到一定尺度时其剩余误差可以忽略不计，从而解决边坡稳定性评价与危险滑面的唯一解难题。

技术特征：

1.本发明首先将拟评价的边坡体划分为有限个微小的单元体，构建边坡为单元体系，当微单元体足够小时，每一个单元体都可视为均质体，从而解决物理力学参数可靠性问题。

2.建立广义剩余推力极限平衡计算理论方法式(1)。

3.根据权利要求1和2所述，再应用模糊线性规划理论方法，将有限个微小边坡体单元体构建成不同限定条件与不同工况下最危险滑面路径组合，通过搜寻最大剩余推力的路径与最优解的确定方法，从而一次性界定出给定工况下边坡整体最危险滑面和局部最危险滑面，同时计算出边坡稳定性系数的结果，从而解决给定工况下边坡稳定性评价结果的唯一性问题。

技术总结
本发明给出了一种求解边坡稳定性唯一解的确定性方法，且全部智能化无人为因素的干扰。首先将边坡划分成有限个足够小的微单元体，当单元体尺寸小到一定程度时单元体可视为均质体，从而解决了岩土体物理参数离散性大的问题。其次建立广义剩余推力极限平衡理论计算方法，据此在模糊线性规划约束下计算每个微单元体的最大剩余推力及其剩余推力方向。第三是通过模糊线性规划智能约束入口区、出口区及其最大剩余推力值是否接近零，智能搜寻最危险滑面并计算边坡稳定状态；然后智能辨识最危险滑面的合理性和科学性。本发明时摒弃传统评价方法中先定滑面后求解的方式，通过限定安全系数值域范围，再通过开发计算机软件循环优化计算，界定出在最大剩余推力值趋于零条件下所对应的唯一最危险滑动面，m并计算出最小稳定系数。

技术研发人员：孙晓鲲,申洪浩,孙世国,薄登,柏朝梅,董欣怡,余君宇,吴梦柯,魏宁宇,郭艳艳
受保护的技术使用者：北方工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6