[发明专利]边坡三维任意形滑裂面构建方法与临界滑裂面搜索方法

说明书

本发明公开了一种基于改进最小势能法的边坡三维任意形滑裂面构建方法及临界滑裂面搜索方法，所述滑裂面的构建方法以预设的滑入点、预设的滑出点和预设的滑坡范围最大宽度为限，通过两组带有倾角的空间线段首尾连接构建基准线和滑移线，使滑移线从滑入点开始，以基准线为轨道滑动，到滑出点结束，以滑移线在坡体内划过的曲面作为边坡的三维任意形滑裂面。本发明跳出滑裂面类型的框架限制，构建滑裂面为任意形状，更具一般性，降低了滑裂面的构建难度；滑裂面的控制参数少，减少了不合理滑裂面的出现频率；同时计算滑裂面安全系数之前预先判断滑裂面合理性，减少了不必要的计算，提高了搜索效率。

技术领域

本发明属于工程建设技术领域，具体涉及一种边坡三维任意形滑裂面构建方法与临界滑裂面搜索方法。

背景技术

边坡，是工程建设或自然界中具有一定坡度的坡面，比如路基边坡。我国由于边坡数量庞大，一直以来都饱受滑坡等灾害的困扰。调查表明，在我国，滑坡灾害已经成为最严重的地质灾害之一，给我国的经济发展和人民的生命财产安全带来重大影响。为此众多专家学者致力于边坡稳定性分析方面的研究。

边坡的稳定性分析通常包含两部分的内容：一是计算确定滑裂面的安全系数，二是在边坡内寻找出安全系数最小的滑裂面。对于滑裂面安全系数的计算方法主要有极限平衡法、最小势能法、矢量和法等，不管哪种方法，首先要构建滑裂面的三维模型，再通过三维滑裂面模型来计算安全系数。实际滑裂面为不规则的三维任意面，而现有技术构建模型时通常将滑裂面假定为固定的几何形状，例如球面、椭球面等，因而缺少一般性，与实际情况不符；同时，滑裂面构建过程复杂，控制参数过多，构建难度大，搜索效率低。如，申请号为201610003973.3的中国专利，公开了一种边坡三维滑裂面模型构建方法，所构建的模型就是基于二维椭圆和三维椭球面的。

在现有的方法中，很多方法在进行临界滑裂面搜索时，不能预先判定滑裂面是否合理，因此也导致搜索效率低。

发明内容

本发明针对现有技术中边坡滑裂面构建难度大、形状固定、不能预先判定滑裂面是否合理及临界滑裂面搜索效率低的问题，提出了一种基于改进最小势能法的边坡三维任意形滑裂面构建方法及临界面搜索方法，跳出限制滑裂面类型的框架，降低滑裂面构建难度，构建模型易于实现，控制参数少，提高临界滑裂面搜索效率。

根据本发明的一个方面，提出了一种边坡三维任意形滑裂面构建方法，所述方法以预设的滑入点、预设的滑出点和预设的滑坡范围最大宽度为限，通过第一组带有倾角的空间线段首尾连接组成基准线，通过第二组带有倾角的空间线段首尾相接组成与基准线相交的滑移线，而后使滑移线从滑入点开始，以基准线为轨道滑动，到滑出点结束，以滑移线在坡体内划过的曲面作为边坡的三维任意形滑裂面。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

步骤S11，建立三维直角坐标系；

步骤S12，由第一组带有倾角的空间线段首尾连接，在直角坐标系中构建滑裂面的基准线；

步骤S13，以滑裂面基准线与坡面线高差最大的位置处为滑移线的最低点，由第二组带有倾角的空间线段首尾连接，以与基准线相交的方式，构建滑移线；

步骤S14，以滑移线的最低点为基点，以基准线为轨道，从滑入点开始，滑动滑移线，到滑出点结束，滑移线在坡体内划过的曲面为三维任意形滑裂面。

进一步地，所述步骤S12进一步包括：

步骤S121，预设滑出点的坐标为(x_a，0，z_a)；预设滑入点的坐标为(x_b，0，z_b)；预设基准线的单元水平长度的初始值为l₁、初始角为α₁，α₁的正切值为k₁；