[发明专利]考虑粘聚力与内摩擦角贡献度的边坡安全系数计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑粘聚力与内摩擦角贡献度的边坡安全系数计算方法，该计算方法描述了粘聚力与内摩擦角对边坡稳定性的影响程度及影响机理，形式简单、物理意义明确，该方法得到的稳定性计算结果与已有方法的计算结果具有相当高的吻合度，证明了所提出的双折减边坡综合安全系数定义方法的合理性和准确性，能够有效地解决现有双折减边坡综合安全系数定义方法中存在的问题与不足。本发明的计算方法提出可以反映粘聚力与内摩擦角对边坡稳定性的贡献的双折减边坡综合安全系数计算方法，利用该方法分析已有边坡算例，较高的计算精度表明了新计算方法的合理性和正确性。

技术领域

本发明属于边坡稳定性分析的技术领域，具体涉及一种考虑粘聚力与内摩擦角贡献度的边坡安全系数计算方法。

背景技术

安全系数通常被用来定量描述边坡稳定性。计算机数值能力的提高，使得极限平衡法LEM和强度折减法SRM数值模拟方法成为目前计算边坡安全系数的主要方法。通过极限平衡法LEM计算获得的边坡安全系数，通常采用的是基于破坏时刻滑移面弯矩、力或剪切强度平衡的方法，在此基础上结合条分法，逐渐发展出了各式各样的极限平衡法，如Bishop法，Janbu法，Morgenstern-Price法和Spencer法以及其他方法。尽管LEM在实践中被广泛采用，但每种方法都固有地嵌入了某种形式的假设。而强度折减法SRM则将边坡强度参数初始值与临界值之比定义为安全系数相比于极限平衡法LEM，强度折减法SRM无需事先设定潜在滑动面形状与位置，能够适用各种地质条件，且计算结果与LEM相近。因而国内外学者对其进行了大量的研究，推动其不断发展和完善。

长期以来，根据传统强度折减法的定义，按照相同比例对边坡强度参数粘聚力与内摩擦角同步进行折减，表征边坡渐进破坏的过程。然而，研究表明：边坡从稳定态过渡到临界态的过程中，粘聚力与内摩擦角衰减的时间和速度均不相同，对边坡稳定性发挥作用的顺序以及贡献程度同样存在差异，体现在强度折减法中，则应该表现为边坡粘聚力折减系数与内摩擦角折减系数的不同(即)，以及二者对综合安全系数的权重的不同(综合安全系数粘f聚(力折减系数，内摩擦角折减系数))，从而推动了双折减法的兴起与迅速发展。相比于传统强度折减法，双折减法充分考虑了粘聚力与内摩擦角在边坡渐进破坏过程中对稳定性的不同影响机制以及在折减过程中的差异性，但同时也平添了一个折减系数。而在工程实际中，为了直观方便，兼具比较性，边坡稳定性评定通常只采用单一参数，因此如何确定综合安全系数表达式，具有重要的理论意义和工程实际应用价值。目前已有的双折减法大都基于边坡渐进破坏过程中粘聚力与内摩擦角的衰减速率及衰减路径开展研究，进而提出相应折减方法，对于确定综合安全系数表达式的研究却缺乏足够的关注，且考虑二者对于边坡稳定性贡献的研究更是鲜有报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种考虑粘聚力与内摩擦角贡献度的边坡综合安全系数计算方法。

本发明这种考虑粘聚力与内摩擦角贡献度的边坡综合安全系数计算方法，包括以下步骤：

S1、采用单因素分析法，通过传统等比例强度折减法，分别研究粘聚力与内摩擦角的变化对于边坡安全系数的影响程度和影响机理；

S2、建立多个不同坡角的边坡计算模型，研究不同坡角下，粘聚力与内摩擦角的变化对于边坡安全系数的影响程度和影响机理，定义粘聚力与内摩擦角变化对边坡安全系数的影响程度相等时的坡角为该边坡的等效影响角；

S3、按照S1和S2步骤相同的研究方法，分别改变边坡容重和坡高，得到不同容重或坡高下，边坡等效影响角的变化规律，在此基础上提出边坡等效影响角图表法，以快速获取边坡的等效影响角；

S4、假定边坡综合安全系数是粘聚力与内摩擦角折减系数的加权平均数；基于S3步骤中等效影响角，以权重系数描述二者对安全系数的贡献；

S5、通过数学推导提出S4步骤中权重系数的计算方法；