[发明专利]一种非均质边坡稳定性分析方法

说明书

本发明提供一种非均质边坡稳定性分析方法，包括以下步骤：1、采集工程区域的块石二维投影，2、构建块石二维投影的24边形，并建立记录此24边形的顶点坐标的数据库；3、生成块石二维投影的块石三维图形；4、生成工程区域的三维边坡模型；5、建立非均质边坡模型；6、赋予非均质边坡模型工程区域的岩土材料数据、边界限制条件及作用力参数；7、根据有限元强度折减法快速生成边坡稳定性分析报告。本发明有效地提高了非均质边坡稳定性分析的精确性，同时，边坡稳定性分析报告内容更加丰富，为工程数值模拟提供可靠保障，对可能产生失稳的边坡提供合理的支护措施建议提供依据。

技术领域

本发明涉及一种非均质边坡稳定性分析方法，属于工程地质勘测分析领域。

背景技术

土石混合体广泛存在自然界和工程建设中，是一种由一定比例的土和块石所组成的非均质岩土材料，通常情况下，构成土石混合体的土与块石的材料特性具有较为显著的差异，土石混填非均质边坡作为一种由块石和土体组成的复合结构与其他复合结构材料相似，其力学性能取决于各个组分的性质和空间分布，即受到边坡中的土体和块石的性质影响，同时也受到边坡中块石的空间分布的影响。而现在的数值分析计算中通常把土石混填非均质边坡视为均质的土质边坡或岩质边坡，参数采用细粒组分的参数来近似代替。最后计算出的结果与实际相差很大，从细观角度看，边坡是由块石和土体共同组成的，因此细观结构对边坡宏观性能的影响是不可忽视的。同时现在对土石混合体的颗粒流模拟主要集中在二维的情形，而且绝大多数都没有考虑块石形状的影响，并且都未系统地考虑块石含量及块石随机分布对土石混合非均质边坡稳定性的影响，对其变形破坏的细观机理研究得还不够深入。

徐文杰[1]基于数字图像处理技术建立了土–石混合体的细观结构模型，但是由于其在建模过程中只考虑了二维层面的非均质边坡稳定性分析，与实际情况并不相符，使得其计算结果存在较大的误差，使用范围有很大的局限性。

金磊[2]在利用颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡是否会产生失稳破坏时，结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型，但是由于其在建模过程中将块体简化为规则球体，使得其应用范围有很大的局限性。

刘顺青[3]提出了一种考虑块石随机分布及含量的土石混合边坡稳定性分析方法，但是随机投放不同直径圆形基料来生成土石混合边坡初始模型，通过多边形最大边数的设定，获得带有棱角的多边形文件，但是其在建立块石模型文件时并没有结合实际的块石模样，从而建立的块石多边形并不能很好地替代实际块石对边坡产生的影响，而且在分析模型稳定性时依旧停留在二维边坡计算层面，与实际情况并不相符。

赵鑫曜[4]基于已有的块石形状数据库随机生成块石土边坡细观模型，尽管其建立的块石二维投影符合现实块石形状，但是其分析的模型依旧是二维土石混合体模型，不能很好地模拟现实情况中的边坡，与实际情况并不相符，因此会产生较大的差异。

综上所述，目前的三维土石混填非均质边坡在数值分析计算中依旧存在很多不足，建模的方法不够成熟，目前的数值模拟大多数还是停留在二维层面，随机块石的生成技术不够普遍，往往忽视了块体形状对稳定性产生的影响，这种简化方法不符合实际情况，导致计算结果与实际存在一定的偏差。故而急需研究一种能真实还原工程中非均质边坡的有效方法，从而更准确地分析土石混合非均质边坡稳定性和破坏模式，更好地满足边坡工程建设需要。

参考文献：

[1] 徐文杰,王玉杰,陈祖煜,胡瑞林.基于数字图像技术的土石混合体边坡稳定性分析[J].岩土力学,2008,29(S1):341-346.

[2] 金磊,曾亚武,程涛,李晶晶.土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析[J].哈尔滨工业大学学报,2020,52(02):41-50.

[3]刘顺青,黄献文,周爱兆,蔡国军,姜朋明.基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性分析方法研究[J].岩土力学,2019,40(S1):350-358.