[发明专利]一种采用极限曲线法确定三维均质边坡稳定性的失稳判据方法

说明书

本发明提供了一种采用极限曲线法确定三维均质边坡稳定性的失稳判据方法，其特点是，首先构建三维均质边坡模型，其中x轴为横剖面坐标，y轴为坡面走向纵坐标，z轴为坡高坐标，对y轴进行剖分，由滑移线场理论计算每个剖分点对应的oxz坐标系二维横剖面极限坡面曲线，当y轴剖分足够密集时，每个剖分点的二维极限坡面曲线便可以构成三维极限坡面曲面，由三维极限坡面曲面与坡底oxy坐标系的交线坐标值(xsubgt;1/subgt;，ysubgt;i/subgt;，0)与(0，ysubgt;i/subgt;，0)的大小关系判断三维均质边坡稳定性，并结合强度折减法计算安全系数，其中ysubgt;i/subgt;表示y轴剖分点的长度。该失稳判据为评价三维均质边坡稳定性提供了一个新的分析方法。具有科学合理，工程实用价值高，效果佳等优点。

技术领域

本发明属于边坡稳定性评价领域，具体涉及一种采用极限曲线法确定三维均质边坡稳定性的失稳判据方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展和大量基础设施的建设，边坡失稳引起的工程问题受到广泛关注，而实践中滑坡是在三维条件下发生的。因此，三维边坡稳定性问题的研究具有重要意义，目前的研究方法主要有三维极限平衡理论和强度折减法。

三维极限平衡理论需要对滑裂面的形状做出假定，如左右对称、椭球面或对数螺旋面等，不适用于空间上具有任意形状的三维滑面，在不假定滑面几何形式时很难搜索出三维临界滑裂面。三维边坡稳定性强度折减法分析中，边坡失稳判据主要有计算不收敛判据、位移突变判据及塑性区贯通判据。由于三维边坡数值计算模型的复杂性及存在非线性问题等因素都会导致计算不收敛，因此，计算不收敛判据在边坡三维分析中存在误差，塑性区贯通是边坡破坏的必要非充分条件，而特征点位移突变的困难在于：(1)三维特征点位置的选取无统一标准；(2)有时候特征点位移曲线的拐点不明显，合适的安全系数取值需要人为判断，存在主观因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种科学合理，工程实用价值高，效果佳的三维均质边坡稳定性失稳判据，能够通过由滑移线场理论计算得到的二维极限坡面曲线构成的三维极限坡面曲面与边坡坡底交线坐标值作为三维均质边坡稳定性的判断依据，从数学上将极限曲线法推广应用于三维均质边坡情形。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

1.一种采用极限曲线法确定三维均质边坡稳定性的失稳判据方法，其特征是，它包括以下内容：

1)构建三维边坡模型：

(1)在三维笛卡尔坐标系里构建三维均质边坡几何模型，其中x轴表示坡体横剖面宽度方向的横向坐标值，y轴表示坡面走向长度方向的纵向坐标值，z轴表示坡高方向坐标值；

(2)对三维边坡坡面走向长度方向y轴坐标值进行N次剖分，得到不同坡面走向长度对应的横剖面oxz，不同长度剖分点值y_i为：

式中|y|为纵向长度剖分值，|Y|为坡面走向纵向长度值，i＝0～N；

(3)对不同长度y_i剖分点计算每个横剖面的滑移线场和极限坡面曲线：

①设坡顶为坐标原点，坡体一侧为x轴正半轴，向下为z轴正半轴，M_α(x_α，z_α，θ_α，σ_α)为第α族滑移线上的点，M_β(x_β，z_β，θ_β，σ_β)为第β族滑移线上的点，由公式(2-1)～(2-4)解得滑移线场上的点M(x，z，θ，σ)，式中为两族滑裂面交角平均值，其中：x横坐标值，z为高度坐标值，θ为最大主应力σ₁与x轴交角，σ为特征应力，c₁为折减后粘聚力，为折减后摩擦角：