[发明专利]一种基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法

说明书

本发明公开了一种基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法，包括以下步骤：S1：采集土质边坡的强度参数，并计算其最大边坡位移和最大边坡应变；S2：根据边坡的最大边坡位移和最大边坡应变，确定土质边坡的安全系数。本发明克服了以往强度折减法计算不准确且误差较大的缺点，以最大剪切应变达到15％～20％作为判定土质边坡的失稳指标，可以通过监测边坡土体的失稳指标来预防和预报边坡失稳破坏。

技术领域

本发明属于边坡工程技术领域，具体涉及一种基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法。

背景技术

在经典土力学中，使用条分法计算土质边坡的安全系数。条分法中根据条间的假设条件又可分为Fellenius法、BIshop法、Janbu法和Morgenstern-Price法等，这些方法直接计算出边坡的安全系数。但在数值分析方法中，数值方法计算得到的边坡单元的应力、应变和位移，不能得出边坡的安全系数，从而不能判定边坡的稳定状态。为此，提出使用强度折减法进行安全系数的计算。

由于软件和计算方法不同，有限元或离散元数值计算软件在采用强度折减法进行边坡稳定分析时，获取边坡数稳定安全系数的方法不一样，一般有以下3种判定方法。(1)数值计算不收敛：有限元软件在运用强度折减法时，材料参数通过程序设定变化步长，实现强度参数的自动折减。若当某一级的强度参数在达到软件设定的迭代次数后，计算得到的力不平衡系数仍然无法满足软件的默认值，则认为边坡已经失稳，软件计算不收敛。此级强度参数的前一级的强度参数对应的折减系数被认为是安全系数。(2)位移突变：在强度参数不断递减的情况下，当模型在某一强度参数下的计算位移值较前一强度参数下计算的位移值有较大变化，表明此时边坡已经发生无限制的相对位移，位移突变，边坡出现失稳。此时突变点对应的强度折减速参数可以作为边坡的抗滑稳定安全系数。(3)塑性屈服区贯通：当土体出现逐渐出现塑性应变，表明土体出现了不可恢复的残余变形，土体应力状态超出强度屈服准则，意味着土体出现破坏，随着强度参数的不断降低，塑性区逐渐贯通，此时意味着边坡出现失稳。

在采用判定方法一的软件中，数值计算不收敛是以通常指定一定的迭代次数，当计算的迭代次数超过指定的迭代次数时，力不平衡系数仍然无法满足程序默认值，就认为边坡失稳，但实际情况是，若增加迭代次数，力不平衡系数又有可能满足程序默认值。因此，安全系数的大小一定程度上依赖于指定的迭代次数，并不能完全反映边坡的破坏情况。另外，力不平衡系数是计算过程中衡量收敛程度的人为参数，可以随着人为的假定，并不是数值模型一个特定的指标，随意性较大。比如有的模型计算时力不平衡系数可以定为1e-5，也可以定为1e-7，力不平衡系数越小，说明迭代收敛越精确。在采用判定方法二的软件中，位移突变时，往往计算得到的位移已经超过实际工程中位移的大小，给人不真实的感觉。在采用判定方法三的软件中，塑性屈服区贯通时，位移已经很大，局部位移已经超过实际工程不可能产生的位移。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法。

本发明的技术方案是：一种基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法包括以下步骤：

S1：采集土质边坡的强度参数，并计算其最大边坡位移和最大边坡应变；

S2：根据边坡的最大边坡位移和最大边坡应变，确定土质边坡的安全系数。

进一步地，步骤S1中，计算土质边坡的最大边坡位移和最大边坡应变的具体方法为：将采集的土质边坡的强度参数按照设定比例折减，根据折减的强度参数计算其对应的边坡位移和边坡应变，并确定最大边坡位移S_max和最大边坡应变ε_max。

进一步地，步骤S1中，最大边坡位移S_max的关系式为：

其中，f(·)表示边坡位移函数，F_s表示安全系数，c表示土体的粘聚力，表示土体的内摩擦角，E表示土的模量；