[发明专利]边坡稳定性精细化评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及边坡工程领域，具体涉及边坡稳定性评价技术与安全控制技术。

背景技术

边坡稳定性的评价结目前主要以刚体极限平衡法的计算结果为主要依据。对大型露天矿深部资源开发所形成的高边坡而言，常规计算方法不能将条块沿横竖两向都划分为微尺寸，由此，条块划分尺度大，导致计算结果精度低且结果非唯一，再加上岩体强度参数的不确定性，直接影响评价结果的可靠性，从而边影响到边坡设计的安全度与正常生产，因此，评价结果的可靠性亟待提高。

发明内容

本发明将稳定系数与下滑力之积视为给定安全状态条件下的下滑力，由此，任何边坡极限平衡评价方法都可以表征为下滑力和抗滑力，两者之差称为给定安全系数条件下的广义剩余推力。依掘有限元法，将边坡剖面划分为有限个微单元体，应用广义剩余推力法依次判别各个单元体滑动破坏的可能性及其安全性，然后应用线性规划理论和数值分析方法，构建边坡稳定性评价体系，从而可以同时求解边坡整体和局部的最小安全系数及其对应的最危险滑面，使计算结果唯一，由此，解决了高边坡稳定性评价结果因人而异的技术难题。当单元体划分的尺寸足够小时，评价结果无限接近现有评价理论的真值，提高了边坡稳定计算结果的可靠性和精准度。

首先，建立广义剩余推力法，△F＝K*F₁-F₂，式中：△F为广义剩余推力；K为边坡设定的稳定系数；F₁为抗滑力总和函数式，F₂为下滑力总和函数式，且F₁、F₂对于不同的极限平衡计算方法，其计算函数式是不同的。

其次，基于有限元方法的学术思想，将边坡体划分为有限个微小单元体，线性规划方法和数值分析方法，解决精细化计算问题。具体某一过程计算过程如下：

依据临界滑移场原理，在某限定高度极限坡角时对应的P_max＝0，即P＝f(θ^*)＝0时，θ^*便为方程P＝f(θ)＝0的数值解，θ^*值即为极限坡角。计算时先划分有解的区间(θ_a，θ_b)，让其范围尽可能的大，一般θ_a，θ_b∈(0，90°)，且要满足Pa＝f(θ_a)＜0，Pb＝f(θ_b)＞0，由数值解的存在定理知，极限坡角θ*必存在于(θ_a，θ_b)之间，取中点θ₀＝θ_a+θ_b/2将其分为均分，利用临界滑移场技术求出对应坡角θ₀时的最大剩余推力为P₀；若P₀≠0，就是说θ₀不是f(θ)的解，即不是极限坡角。继续搜索，检查P₀是否与P_a同号，如果为同号，则数值解θ^*(极限坡角)必大于θ₀，这时令θ_a1＝θ₀，θ_b1＝θ_b；否则，θ^*必小于θ₀；这时令θ_a1＝θ_a，θ_b＝θ₀。不论出现何种情况，数值解的值域(θa1，θ_b1)仅为区间(θ_a，θ_b)前一半，而对缩小的数值解区间(θ_a1，θ_b1)可实行相同方法，进而得到系列有数值解区间其中(θ_an，θ_bn)的中点为θ_n＝θ_an+θ_bn/2，长度为θ_an-θ_bn＝θ_a-θ_b/2n+1；也就是说n足够大时，最终区间必收缩于某一点θ^*，从而求解出极限坡角。其误差按式(1)计算。

|θ^*-θ_n|≤(θ_bn-θ_an)/2  (1)

对于通常的(0，90°)范围，迭代9次后误差大约为：