[发明专利]一种考虑孔隙水作用下边坡稳定性的预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑孔隙水作用下边坡稳定性的预测方法，包括以下步骤：1、选定待预测的边坡，确定边坡的剖面几何尺寸，用方程表示边坡表面几何形状及滑动面形状；步骤2：确定边坡土体参数；步骤3、运用变分法建立孔隙水压力作用下边坡稳定性分析方程组，求解方程组得到边坡滑动面应力分布情况，确定安全系数和最危险滑动面；步骤4、根据稳定系数临界值判断边坡稳定性。本发明给出了一种考虑孔隙水作用的边坡稳定性计算方法，不仅可以计算获得边坡的最小安全系数及其对应的最危险滑动面，而且可给出孔隙水压力作用引起的土体开裂位置以及深度范围，计算效率和精度高，更加贴合工程实际，为实际边坡工程滑坡预警和加固设计提供重要指导。

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种考虑孔隙水作用下边坡稳定性的预测方法。

背景技术

当前关于各类人工边坡、加筋挡墙等的设计均采用变分法，但变分法未考虑由于降雨或地下水及大坝水位骤降所造成的边坡内孔隙水压力对边坡稳定性产生的影响，采用极限分析方法在对土体进行分析时所做的诸多假设，使计算精度差，不能精确计算边坡的最小安全系数及其对应的最危险滑动面，以及孔隙水压力作用引起的土体开裂位置以及深度范围。

发明内容

本发明提供了一种考虑孔隙水作用下边坡稳定性的预测方法，解决现有技术中采用极限分析方法在对土体进行分析时所做的诸多假设，使计算精度差，不能精确计算边坡的最小安全系数及其对应的最危险滑动面，以及孔隙水压力作用引起的土体开裂位置以及深度范围的技术问题。

本发明采取如下技术方案解决上述技术问题：

一种考虑孔隙水作用下边坡稳定性的预测方法，包含如下步骤：

步骤1：根据待分析边坡，确定该边坡的几何尺寸；边坡剖面包括边坡的表面和滑动面，用方程表示边坡表面和滑动面；确定土体的强度参数粘聚力c、内摩擦角φ及土体重度γ；

步骤2：根据平衡条件建立边坡滑动体在滑动面上的平衡方程组，运用变分法原理求解方程组得到滑动面上正应力及有效应力分布，继而确定最危险滑动面并求解边坡安全系数F_s；

步骤3：通过比较F_s和边坡稳定性要求的临界值，确定边坡的稳定状态；若F_s大于该临界值，则边坡处于稳定状态；若F_s小于该临界值，则边坡处于不稳定状态。

进一步改进，所述步骤2中建立边坡滑动体在滑动面上的平衡方程组包括以下步骤：

步骤1)：确定坡体滑动面上正切应力的方向，通过法向力和切向力正交的关系建立平衡方程组，联立求解方程组引入变分泛函；

步骤2)：求解泛函解出最危险滑动面在极坐标轴下的表达方程；根据边坡几何边界条件确定未知参数的极坐标Xc、Yc及中间量A；根据横截条件确定边坡开裂深度，并求解含未知参数的应力方程；通过应力边界条件和应力连续条件确定应力方程中的未知参数；

步骤3)：根据步骤2)求解的应力方程等代入步骤1)的平衡方程组，通过求解平衡方程组，得到孔隙水作用下运用极限-变分方法求解边坡的滑动面有效应力方程，确定最危险滑动面和边坡安全系数F_s。

进一步改进，所述步骤1)根据滑动面平衡条件建立的平衡方程表达式为：

其中，c表示土体粘聚力；ψ＝tan(φ′)；

φ表示土体内摩擦角；

F_h、F_v、M分别表示边坡滑动体在水平、竖直方向边平衡等式和对坐标原点力矩平衡等式；

F_s表示安全系数；