[发明专利]一种滑坡稳定性分析及抗滑桩设计推力计算方法

权利要求书

1.一种滑坡稳定性分析方法，其特征在于：所述滑坡稳定性分析方法包括：滑坡剖面模型单元、分析方向单元、条块受力平衡分析单元、分析技巧单元、条间力规定单元、条块力矩平衡分析单元、滑坡边界条件单元以及迭代求解单元；

所述滑坡剖面模型单元由滑体、滑动面、后缘拉裂缝、坡内地下水位线、库水位组成；其中滑体被分割为若干竖向分析条块，条块之间以条间力进行力学联系；滑动面为滑体依附的下卧界面，滑体沿其发生滑动失稳；后缘拉裂缝为滑体发生变形或局部滑移后，滑坡后部岩土体与原始土坡发生分离的现象；坡内地下水位线为坡体内部赋存地下水的零水头边界，其位置受坡外库水位的影响；

所述分析方向单元分用于由坡前向坡后逐条分析各个条块和/或采取向反的方向进行分析；

所述条块受力平衡分析单元用于进行条块受力情况分析和受力平衡图解分析，以获得受力平衡方程式；

所述分析技巧单元用于为使条块受力平衡分析顺利进行所采取的条间力分解技巧；

所述条间力规定单元用于规定条间力作用点和条间力作用方向，作用点是根据经验进行合理假定，以使稳定性分析问题静定化；作用方向则需要进行迭代试算来确定；

所述条块力矩平衡分析单元用于条块所受的所有力对条块基底中心点进行取矩分析，以获得各个条块的力矩平衡方程；

所述滑坡边界条件单元用于限定坡前和坡后两侧的边界条件，该条件为已知条件，可作为迭代求解的判定依据；

所述迭代求解单元用于根据模型所有的力学平衡条件和边界条件，通过不断试算未知量使各项条件得到满足，从而获得最终所要求取的未知量数值。

2.根据权利要求1所述的滑坡稳定性分析方法，其特征在于：所述竖向分析条块包括两类，

第一类竖向分析条块是滑体部分淹没于库水下方的条块，该情形下，其上部与之相同宽度的水体将被一起纳入该条块，构建新的条块进行分析，因此，新条块的重量为W_i＝w_s+w_b，w_s为该条块水体部分的重量，w_b为该条块饱和土体的重量，且新条块前后两侧的水力高度分别取自水面至条块基底前后两侧的高差，分别标记为h_i-1和h_i，i为任意条块的编号，其中直接临库水的首条块(对应于i＝1)，其临水侧的边界力为静水压力，已知力，记为Z₀＝0.5·γ_水·h₀²，其中γ_水＝9.8kN/m³，也即是水体容重，作用点距条基底前端点的距离为H₀/3，方向为水平向，倾角为0；当没有库水时，Z₀＝0；Z₀可视为条块1前侧的广义条间力，亦可作为滑坡前侧边界条件；

第二类竖向分析条块是指其上方没有库水的条块，条块的重量为W_i＝w_t+w_b，w_t为该条块地下水位线以上部分天然土体的重量，w_b为该条块地下水位线以下部分饱和土体的重量，条块前后两侧的水力高度分别取自两侧地下水位点至条块基底前后侧的高差，亦标记为h_i-1和h_i，i为任意条块的编号；

竖向分析条块i，其两侧的高度分别记为H_i-1、H_i，宽度记为x_i；对于第一类条块，其前后两侧的水力高度恰为条块两侧的高度，即h_i-1＝H_i-1，h_i＝H_i。

竖向分析条块i，与其前后两侧条块之间通过条间力进行力学联系，前后两侧条间力分别记为Z_i-1、Z_i；由牛顿第三定律，条块i前侧条间力Z_i-1亦即其前部条块i-1后侧条间力的反作用力；

条间力Z_i，其作用点规定施加在条块后侧高度的下q_i分点处，即作用点距条基底后端点的距离为H_i/q_i；同理，H_i-1/q_i-1即为Z_i-1的作用点距条基底前端点的距离；

条间力Z_i，其倾角定义为水平线由逆时针方向转至与条间力矢量重合时所经过的角度，记为θ_i；同理，θ_i-1为Z_i-1的倾角；

后缘拉裂缝，其前末尾条块(对应于i＝n)的后侧条间力Z_n＝0，可作为滑坡后侧的边界条件；

条块受到包括两侧条间力(Z_i-1、Z_i)、垂直向下的重力W_i、垂直基底向上的反力V_i，垂直基底向上的扬压力U_i，以及沿基底向上的阻滑力S_i/F；其中，扬压力表达为U_i＝(12)·γ_水·(h_i-1+h_i)·x_i·secα_i，α_i为条块基底倾角；V_i包含U_i，因此，底有效反力表示为V_i'＝V_i-U_i；

阻滑力S_i/F，由摩擦角和粘聚力共同引起，S_i表达为S_i＝c_i·x_i·secα_i+V_i'·tanφ_i，c_i为条块i基底粘聚力，φ_i为条块i基底摩擦角，F为稳定性系数；

考虑到条块前后条间力倾角的不一致，所采取的条间力分解；当分析方向由坡前向坡后时，以后侧条间力Z_i及倾角θ_i为基准，将前侧条间力Z_i-1分解为沿重力方向的分力Z_i-1”＝Z_i-1·sin(θ_i-θ_i-1)/cosθ_i和沿Z_i方向的分力Z_i-1'＝Z_i-1·cosθ_i-1/cosθ_i，构建广义的条间力合力方程：

式中，Q_i为广义的条间力合力，Z_i为条块后侧条间力，Z_i-1为条块前侧条间力，Z_i-1'为Z_i-1沿Z_i方向的分力；

条块受力平衡分析，即将条块所受的力进行矢量多边形绘制，得到矢量封闭图形，获取广义条间力合力Q_i表达式，也即是受力平衡方程：

式中，Q_i为广义的条间力合力，Z_i-1为条块前侧条间力，Z_i-1”为Z_i-1沿条块重力W_i方向的分力，U_i为条块i基底扬压力，c_i为条块i基底粘聚力，φ_i为条块i基底摩擦角，x_i为条块i宽度，α_i为条块i基底倾角，θ_i为后侧条间力Z_i的倾角，F为所要求的稳定性系数；

条块力矩平衡分析，将条块条间力对其基底中心点进行取矩，其余的力均通过基底中心，无力矩，获得条块力矩平衡方程：

式中，Z_i为条块后侧条间力，Z_i-1为条块前侧条间力，x_i为条块i宽度，α_i为条块i基底倾角，θ_i为后侧条间力Z_i的倾角，θ_i-1为前侧条间力Z_i-1的倾角，H_i为条块i后侧边高度，H_i-1为条块i前侧边高度，1/q_i为条间力Z_i作用点距基底高度占H_i的比例，1/q_i-1为条间力Z_i-1作用点距基底高度占H_i-1的比例；

滑坡边界条件，包含坡前Z₀＝0.5·γ_水·h₀²(或Z₀＝0)和坡后Z_n＝0两处边界条件，当分析方向由坡前向坡后时，Z₀＝0.5·γ_水·h₀²(或Z₀＝0)视为条块1前侧已知的条间力，Z_n＝0作为满足边界条件的判定依据；

迭代求解，在满足所有条块的力学平衡条件基础上，通过不断调整稳定性系数F值进行试算，分别在不同的F值下逐条求解各条块对应的条间力数值及其倾角值，直到所求的末尾条间力Z_n满足滑坡边界条件，则对应的F值即为所要求的稳定性系数。