[发明专利]基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法

说明书

本发明公开了基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法，涉及基覆性边坡稳定性分析技术，包括：根据基覆型边坡的破坏特征确定破坏模式；计算破坏模式对应的安全系数；根据极限分析上限定理进行稳定性分析；所述破坏模式包括：沿基覆界面发生的整体破坏模式、坡顶开裂的对数螺旋滑移面的坡顶局部破坏模式、以及从坡面开裂且滑移面为对数螺旋面的坡面局部破坏模式。本发明将极限分析上限法与强度折减技术相结合，给出了基覆型边坡稳定性分析的理论公式，通过MATLAB编程对公式进行优化求解，分析了基覆面倾角、边坡坡角及基覆界面强度参数对基覆型边坡破坏模式和稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及基覆型边坡稳定性分析技术领域，具体为基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法。

背景技术

基覆型边坡是一类下部为基岩上部为松散堆积体的边坡，当上部松散结构破坏可形成滑坡，该类型滑坡与均质边坡失稳有一定差异，基覆界面的存在对边坡的破坏模式和安全系数有不可忽视的影响。目前在边坡稳定性分析中多采用极限平衡法，但是极限平衡法不能提供一个精确的上限解或下限解，有一定局限性。

极限分析法利用塑性极限分析的静力学与运动学原理分别确定边坡稳定性的真实解下限与上限，其中的上限方法只要求考虑速度模式(破坏模式) 和能量消耗，应力分布并不要求满足平衡条件，利用功能平衡方程即可获得真实解的上限，因此，极限分析上限方法为寻求边坡稳定的精确解提供了一条新的思路。现有技术中，有对数螺旋转动破坏机制，建立能量平衡方程，分析均质边坡的稳定性；还有构建了一种“牛角形”三维转动破坏机构，并利用极限分析法在三维空间下对边坡稳定性进行分析。

上述现有技术中，大都只是针对单一土质边坡或具有软弱夹层边坡进行分析，而对于基覆型边坡来说，由于下部存在基岩，传统的转动破坏机构所确定的临界滑裂面可能会穿过此层，这显然与实际情况不符，会造成计算得到的安全系数偏低。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法，

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

基于极限分析上限法的基覆型边坡稳定性分析方法，包括：

根据基覆边坡的破坏特性确定破坏模式；

计算破坏模式对应的安全系数；

根据极限分析上限定理进行稳定性分析；

所述破坏模式包括：沿基覆界面发生的整体破坏模式、坡顶开裂的对数螺旋滑移面的坡顶局部破坏模式、以及从坡面开裂且滑移面为对数螺旋面的坡面局部破坏模式。

作为本发明的进一步技术方案为，所述计算破坏模式的安全系数，具体包括：

当为基覆界面发生整体破坏模式时，以过折线滑面转折点C的竖直速度间断面CE将土体分为两块，视每一块为刚体，滑面和条间错动的部位被视为耗能塑性体；

设边坡坡高为H，土体容重为γ，内摩擦角为黏聚力为c；基覆界面处的等效内摩擦角为黏聚力为c′。坡底倾角为β，坡顶倾角为α，直线 AC与指向坡内方向的水平线夹角为θ₃，θ₃的大小会影响BC、CD滑面的位置和长度。滑面BC倾角为θ₁，长度为L₁；滑面CD倾角为θ₂，长度为L₂；间断面CE长度为L₃；假设两土块滑面处的速度分别为V₁、V₂，间断面CE 的相对速度为V₃，根据相关联流动法则可知，V₁、V₂与滑面的夹角为V₃与间断面CE的夹角为