[发明专利]一种基于非协调模型的边坡加固措施评价方法

权利要求书

1.一种基于非协调模型的边坡加固措施评价方法，其特征在于，所述评价方法包括如下步骤：

步骤(1)：确定对象，建立所述对象的离散模型，所述离散模型包含等参单元和梁单元，输入相关数据；

步骤(2)：求解梁单元局部坐标；

步骤(3)：确定所述梁单元与所述等参单元的位移协调关系；

步骤(4)：建立系统控制方程，并在所述等参单元和所述梁单元之间交互求解；

步骤(5)：对计算结果进行后处理；

步骤(6)：输出结果；

步骤(7)：根据加固构件的体型、材料参数计算构件强度，评价边坡加固措施效应。

2.根据权利要求1所述的基于非协调模型的边坡加固措施评价方法，其特征在于，所述对象包括边坡、基岩、加固构件，所述边坡和基岩的离散为所述等参单元，所述加固构件的离散为梁单元，分别构建所述等参单元和所述梁单元的模型后合并形成所述离散模型；所述相关数据包括荷载信息、加载步长、约束信息和材料信息，其中所述加固构件的材料信息又包含几何信息，如截面积和转动惯量。

3.根据权利要求1所述的基于非协调模型的边坡加固措施评价方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，离散后的所述梁单元的节点与周围所述等参单元之间的关系为：(1)位于所述等参单元的内部，包括节点重合、位于边上、面上或者内部；(2)位于等参单元的外部；利用所述梁单元的节点在某一等参单元中局部坐标的位置，可判断其与等参单元的位置关系；所述等参单元中任一点的整体坐标可以使用局部坐标相关的形函数表示为：

式中，N_i＝(ξ，η，ζ)，与局部坐标有关；N为等参单元的节点数；

当一点的整体坐标已知，通过牛顿迭代法求解其相应的局部坐标；对于第n次迭代求得的局部坐标为(ξ，η，ζ)ⁿ，第n+1次迭代过程为：

4.根据权利要求1所述的基于非协调模型的边坡加固措施评价方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述梁单元的节点位移包括平动和转动位移，所述等参单元的节点位移只有平动位移；

所述等参单元附近的梁单元集合表示为{B}＝{b₁ b₂…b_m}，

其中，m为梁单元的节点总数，对于其中任意节点b_i可找出包含所述节点b_i的所有等参单元{E}，表示为{E}＝{e₁ e₂…e_i}，其中，e_i为包含该节点的等参单元总数；

设xyz为整体坐标系，与所述节点b_i相联单元的局部坐标系中的为梁单元的轴向，局部坐标与整体坐标之间的转换矩阵为[R]，表示为：

相应的，整体坐标系下的任一点位移为和{U}＝{u v w}^T；定义b_i位于等参单元e_j中的局部坐标为(ξ，η，ζ)_ej，根据等参单元的特点，节点b_i的平动位移可由单元e_j的节点位移插值求得，其表达式为：

其中，N为等参单元e_j的节点总数，

所述节点b_i的转动位移表示成等参单元e_j的节点位移的线性组合形式，为在该局部坐标系下的转动位移，所述梁单元的节点转动位移与等参单元节点平动位移之间存在如下关系：

等参单元e_j中任一点(ξ，η，ζ)_ej的位移可利用等参单元e_j节点位移通过形函数进行插值求得，因此有：

梁单元的节点的平均平动位移和平均转动位移为：

系统整体求解时，和两式转换成整体坐标系下的表达式，为：

其中，