[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

说明书

本发明提供一种滑坡稳定性分析及抗滑桩设计推力计算方法，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、滑坡边界条件单元和迭代求解单元八个部分组成。本发明考虑了条块的受力平衡和力矩平衡条件，通过综合平衡方程的获取降低未知量数量，近而在稳定性系数F或抗滑桩设计推力P赋初值F₀或P₀的条件下求解综合平衡方程，并利用方程回代的方法，可逐次实现条块条间力及其倾角求解，最后以满足滑坡边界条件为判定依据，反复调整F₀或P₀初始值，经迭代计算获取符合所有力学条件和边界条件的稳定性系数或抗滑桩设计推力。

技术领域

本发明属于岩土工程理论创新领域，尤其是涉及一种滑坡稳定性分析及抗滑桩设计推力计算方法。

背景技术

滑坡稳定性分析和抗滑桩推力计算是岩土工程领域热门的研究课题。该课题主要以极限平衡条分法来解决问题。

早期研究聚焦于圆弧模型，最早起源于Petterson提出的瑞典圆弧法。在Petterson基础上，Fellennius提出了瑞典条分法，该法将条块重力沿条块基底分别进行切向和法向分解，通过获取绕滑弧圆心的阻滑力矩和滑动力矩，将两者比值定义为稳定性系数，但该法未考虑条间力。Bishop作出进一步改进，提出修正条分法。修正后的方法考虑了力矩平衡和垂直向受力平衡，但忽略了水平向受力平衡，且属于隐式求解方法。Spencer采用条间力互相平行假设，提出同时满足受力和力矩双平衡条件的圆弧法，该方法实为MorgensternPrice法(MP法)的特殊情形。

后期复杂形态滑面的揭露，使圆弧模型的应用范围受限，因而催生了诸多普适方法。最著名的当属MP法，该法因严谨的推导和同时满足力、力矩双平衡条件而闻名。其特点在于将条间力倾角随位置的变化刻画为函数λf(x)，其中x表示条间力距坡脚剪出口的距离，λ为放缩系数，f(x)为描述条间力倾角变化的形态函数，如此只需给定f(x)即可使稳定性分析静定化。但其缺陷在于，并未指出具体类型的滑坡该配套何种形态函数，且其原理复杂，难于被工程师们普遍掌握。Janbu将极限条分法推广到任意滑面形态，以条块力矩平衡替代全局力矩平衡，通过条间力推力线假设，使稳定性分析问题静定化。该方法满足所有力学平衡条件，但迭代过程较繁琐，且面对一些复杂的滑动曲面时，常遇连续迭代和不收敛现象。一些学者为简化其迭代过程做出了改进，例如不考虑条间切向力的简化Janbu法，但简化方法的精度受到影响。Fredlund等建立条基底法向应力统一公式，将条分法纳入统一框架，但将经典圆弧模型推广到复杂滑面时，涉及任意选择虚拟取矩中心的问题，而选择不同的取矩中心对计算结果具有影响，且该过程成倍增大了几何参数的读取量。我国工程人员结合滑坡工程实践提出传递系数法，该方法又区分为强度储备法和超载法，十分便于掌握且常用于抗滑桩推力求解，但方法忽略了力矩平衡，因而其严谨性受到诟病。

优秀的稳定性分析方法可拓展为抗滑桩推力计算方法。现有的研究方法固有其先进性，但亦难避免缺陷。如严谨的MP法，原理复杂不易掌握，因此不常用于抗滑桩推力计算。Janbu法常遇迭代不收敛问题，工程上亦不常见其在抗滑桩推力计算中的拓展应用。国内采用的传递系数法虽简单易行，常用于抗滑桩推力计算，但其原理又有待商榷。

可见，当前研究背景下，提出一种原理可靠、便于理解和实操的稳定性分析和抗滑桩推力计算新方法具有实际意义。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种滑坡稳定性分析方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

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；