基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法

摘要

本发明公开了一种基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法，其实施过程如下：获取环形滑体的重力

说明书

技术领域

本发明涉及边坡稳定性评价方法，尤其涉及基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法。

背景技术

在山区工程建设及滑坡灾害预测分析中，会遇到各种形状的边坡，如考察边坡在水平面内的形状，可将其分为凸形、凹形和直线形，边坡的空间形状对其稳定性无疑会有影响。严格来说，边坡稳定性分析属于空间问题，采用三维分析方法更符合实际情况，而工程上对边坡稳定性的评价，一般采用二维极限平衡法，这类方法对于直线形边坡计算精度尚可，但对于环形凸坡坡这种空间效应显著的边坡计算结果会误差较大。如何分析环形凸坡的稳定性是边坡稳定性评价中需要解决的问题。

本发明以目前工程中常用的二维极限平衡分析方法简单平面滑动法为基础，通过考虑环形凸坡环形滑体的轴向拉力对抗滑力的贡献，将简单平面滑动法进行修正以适用于环形凸坡，使计算结果更符合实际情况。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法，以解决现有极限平衡法在评价环形凸坡稳定性方面的不足。

本发明采用的技术方案为：基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法，其实施过程如下：

步骤一：获取环形滑体的重力W和滑面面积A₁。

步骤二：将环形凸坡对称轴向任意一个方向拉伸形成一个剖面，滑体在剖面上形成一个断面，获取剖面上滑体断面面积A₂、滑面倾角θ。

步骤三：通过下列公式计算边坡安全系数F_s。

R＝2πσ_拉A₂

公式中，c为环形滑面粘聚力；为环形滑面内摩擦角；σ_拉为环形滑体土体抗拉强度；R为环形滑体轴向拉力产生的抗滑力。

其中步骤三中，除了简单平面滑动法的基本假定外，新引入1条假定：滑体轴向拉力产生的抗滑力R，作用点位于滑体重心上。

本发明的有益效果：考虑环形凸坡环形滑体的轴向拉力对抗滑力的贡献，对简单平面滑动法引入新的假定进行改进，经过改进的简单平面滑动法可以用于评价环形凸坡的稳定性，且计算过程简单，为环形凸坡的稳定性评价提供了一种计算结果更为合理的方法。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明实施方式中环形滑体和等效环形滑体的结构示意图；

图2为本发明实施方式中等效环形滑体简单平面滑动法受力分析图；

图3为本发明实施例中环形凸坡三维模型计算参数图；

图4为本发明实施例中环形凸坡断面计算参数图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本具体实施方式基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法，其实施过程如下：取图3中的环形滑体。

由土体抗拉强度σ_拉得到环形滑体土体轴向抗拉力F_N，计算公式如公式(1)所示。

F_N＝σ_拉A₂>

环形滑体土体轴向抗拉力F_N会产生一个环形均布线荷载q，q方向水平且指向对称轴，q计算公式如公式(2)所示。

公式中，r为环形滑体的半径。

把公式(1)带入(2)得到公式(3)。

现建立一个截面与环形滑体相同且体积与环形滑体相等的长条形滑体，将其命名为等效环形滑体，并将环形均布线荷载q施加在等效环形滑体上如图1所示，之后将等效环形滑体作为研究对象。

等效环形滑体的抗滑力R计算公式如公式(4)所示，R方向水平且指向坡内。

R＝2πσ_拉A₂>

由于等效环形滑体抗滑力R的存在，使得环形凸坡的安全系数较长直边坡会更高一点。将R引入到简单平面滑动法中，取整个等效环形滑体作为研究对象，将其所受的外力投影到重心所在的剖面上如图2所示。

针对整个等效环形滑体，由法向合力∑F_N＝0得到公式(5)。

N＝Wcosθ+Rsinθ (5)

公式中，N为等效环形滑体在滑面上的法向力。

针对整个等效环形滑体，滑面上的下滑力F_下滑计算公式如公式(6)所示。

F_下滑＝Wsinθ>

由公式(5)并引入摩尔库伦强度准则，得到整个等效环形滑体滑面上的抗滑力F_抗滑计算公式如公式(7)所示。

公式中，T为等效环形滑体的重力在滑面上的抗滑剪力。

由公式(6)和公式(7)得到安全系数F_s，计算公式如公式(8)所示。

实施例：一种基于简单平面滑动法的环形凸坡稳定性评价方法包含以下步骤：步骤一：环形凸坡三维模型计算参数图如图3所示，滑体容重为25kN/m³。滑面粘聚力c为33kPa，内摩擦角为35°。滑体重力W＝785245kN和滑面面积A₁＝10628.36m²；土体抗拉强度σ_拉为32kPa。

步骤二：环形凸坡断面计算参数图如图4所示，滑体断面面积A₂＝166.08m²、滑面倾角θ＝43°。

步骤三：通过公式进行计算安全系数F_s，

R＝2πσ_拉A₂

通过公式计算，得到最终安全系数F_s＝1.481。

本发明考虑环形凸坡环形滑体的轴向拉力对抗滑力的贡献，对简单平面滑动法引入新的假定进行改进，经过改进的简单平面滑动法可以用于评价环形凸坡的稳定性，且计算过程简单，为环形凸坡的稳定性评价提供了一种计算结果更为合理的方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。