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1、(10)申请公布号 CN 103310097 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103310097 A *CN103310097A* (21)申请号 201310191419.5 (22)申请日 2013.05.21 G06F 19/00(2011.01) (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁区佛城西路 8 号 (72)发明人 梁桂兰 王新 徐卫亚 王伟 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 王华 (54) 发明名称 边坡稳定评价的改进双强度折减法 (57) 摘要 本发明公开了一种边坡稳定评价的改进双强 。
2、度折减法， 该方法通过分析双折减系数比率和安 全系数之间的映射关系， 并结合实例的计算， 拟合 了该映射关系式， 并给出了最小安全系数的概念， 最终提出改进的双强度折减法， 以及通过该方法 分析边坡稳定性的一般步骤， 为边坡稳定评价提 供新的分析方法。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103310097 A CN 103310097 A *CN103310097A* 1/1 页 2 1. 一种边坡稳定评价的改进双强度折减法， 包括。
3、以下步骤 ： 第一步、 改进双强度折减法的双折减系数比率与安全系数映射关系的确定 ： （1） 首先， 通过公式 （1） ， 确定边坡岩体抗剪强度参数和 c， c c/SRF2 （1） 式中， 为内摩擦角 ； c 为内聚力 ； SRF1和 SRF2为对应的折减系数 ； （2） 接着， 采用折减的抗剪强度参数和 c， 对边坡进行极限平衡、 有限元或有限差分 计算， 直到被计算的边坡满足失稳条件， 此时得到 SRF1和 SRF2的均值即为安全系数 Fs ； 其 中， SRF1 SRF2； 通过推导， 可知双折减系数比率 k 与安全系数 Fs 的映射关系式如公式 （2） ； 式中， k 为两个折减系数。
4、的比率A 和 B 为待定系数 ； 通过公式 （2） 可知， Fs 可看作 k 的函数记为 Fs(k)， 其最小值 Fsmin及对应的双折减系 数比率 k（Fsmin） 如公式 （3） 和 （4） 所示 ； 第二步、 基于改进的双强度折减法的边坡稳定型分析步骤 ： 在边坡工况给定条件下， 采取最小安全系数值 Fsmin作为边坡最终安全系数， 具体双强 度折减法进行边坡稳定性分析步骤如下 ： （1） 概化边坡地质模型， 建立计算模型 ； （2） 取任意两个双折减系数 k 的值， 分别在这两个 k 值下， 进行模型的基于双强度折减 法的安全系数计算 ； （3） 将第 （2） 步中计算所得的两个安全系。
5、数值 Fs1和 Fs2带入式 （2） ， 即获得一个关于 A 和 B 的二元一次方程组 （5） ： （4） 通过式 （5） 解得 A 和 B 的值， 并带入式 （3） ， 计算最小安全系数 Fsmin， 从而对实际边 坡进行最小安全系数的分析。 权 利 要 求 书 CN 103310097 A 2 1/6 页 3 边坡稳定评价的改进双强度折减法 技术领域 0001 本发明属于边坡稳定评价领域， 具体设计边坡稳定评价的改进双强度折减法。 背景技术 0002 边坡安全问题密切关系到工程中生命和财产安全， 是工程安全运行的重要保障。 边坡稳定评价的方法很多， 而强度折减法不仅可以计算安全系数， 还同。
6、时可以获得边坡潜 在滑动面的位置和形状， 因此自提出以来， 一直备受青睐。随着研究进展， 有人提出了双强 度折减法， 该方法考虑了两个抗剪强度参数 （内摩擦角和内聚力 c） 在边坡稳定中的贡献 主次的不同， 更加符合物理实际， 但比率kSRF2/SRF1的确定一直是个非常困惑的问题， 双 折减系数比率 k 的精确取值方法仍未明确。 发明内容 0003 发明目的 ： 针对上述现有存在的问题和不足， 本发明的目的是提供一种边坡稳定 评价的改进双强度折减法， 该方法通过确定最小安全系数确定边坡稳定评价。 0004 技术方案 ： 为实现上述发明目的， 本发明采用以下技术方案 ： 一种边坡稳定评价 的改。
7、进双强度折减法， 包括以下步骤 ： 0005 第一步、 改进双强度折减法的双折减系数比率与安全系数映射关系的确定 ： 0006 （1） 首先， 通过公式 （1） ， 确定边坡岩体抗剪强度参数和 c， 0007 0008 式中， 为内摩擦角 ； c 为内聚力 ； SRF1和 SRF2为对应的折减系数 ； 0009 （2） 接着， 采用折减的抗剪强度参数和 c， 对边坡进行极限平衡、 有限元或有限 差分计算， 直到被计算的边坡满足失稳条件， 此时得到SRF1和SRF2的均值即为安全系数Fs ； 其中， SRF1 SRF2； 0010 通过推导， 可知双折减系数比率 k 与安全系数 Fs 的映射关系。
8、式如公式 （2） ； 0011 0012 式中， k 为两个折减系数的比率A 和 B 为待定系数 ； 0013 通过公式 （2） 可知， Fs 可看作 k 的函数记为 Fs(k)， 其最小值 Fsmin及对应的双折 减系数比率 k（Fsmin） 如公式 （3） 和 （4） 所示 ； 0014 说 明 书 CN 103310097 A 3 2/6 页 4 0015 0016 第二步、 基于改进的双强度折减法的边坡稳定型分析步骤 ： 0017 在边坡工况给定条件下， 采取最小安全系数值 Fsmin作为边坡最终安全系数， 具体 双强度折减法进行边坡稳定性分析步骤如下 ： 0018 （1） 概化边坡地。
9、质模型， 建立计算模型 ； 0019 （2） 取任意两个双折减系数 k 的值， 分别在这两个 k 值下， 进行模型的基于双强度 折减法的安全系数计算 ； 0020 （3） 将第 （2） 步中计算所得的两个安全系数值 Fs1和 Fs2带入式 （2） ， 即获得一个 关于 A 和 B 的二元一次方程组 （5） ： 0021 0022 （4） 通过式 （5） 解得 A 和 B 的值， 并带入式 （3） ， 计算最小安全系数 Fsmin， 从而对实 际边坡进行最小安全系数的分析。 0023 有益效果 ： 与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ： 本发明创新之处在于提供了 一种双折减系数比率 k 的确定。
10、方法， 通过分析双折减系数比率和安全系数之间的映射关 系， 并结合实例的计算， 拟合了该映射关系式， 并给出了最小安全系数的概念， 最终提出改 进的双强度折减法， 以及通过该方法分析边坡稳定性的一般步骤， 为边坡稳定评价提供新 的分析方法。 附图说明 0024 图 1 为本发明实施例 1 所述边坡计算剖面图 ； 0025 图 2 为本发明实施例 2 所述边坡计算剖面图 ； 0026 图 3 为本发明实施例 1 中 SRF2关于 k 的函数拟合曲线 ； 0027 图 4 为本发明实施例 2 左岸边坡 SRF2关于 k 的函数拟合曲线 ； 0028 图 5 为本发明实施例 2 右岸边坡 SRF2关。
11、于 k 的函数拟合曲线。 具体实施方式 0029 下面结合具体实施例， 进一步阐明本发明， 应理解这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围， 在阅读了本发明之后， 本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 0030 本发明边坡稳定评价的改进双强度折减法， 该方法包括如下步骤 ： 0031 (1) 改进双强度折减法双折减系数比率与安全系数映射关系推导 ： 0032 双强度折减法基本原理是将边坡岩体抗剪强度参数 ： 内摩擦角和内聚力 c， 分 别除以折减系数 SRF1和 SRF2， 即c c/SRF2； 0033 采用折减的抗剪强度参数和 c，。
12、 对边坡进行极限平衡、 有限元或者有限差分计 说 明 书 CN 103310097 A 4 3/6 页 5 算， 直到被计算边坡满足失稳条件， 便可以认为得到的SRF1和SRF2的均值即为安全系数Fs。 当取 SRF1 SRF2 SRF 时， 为单一的强度折减法， 而可以采取 SRF1 SRF2时， 为双强度折 减法。 0034 本发明的创新主要在下面， 根据上面双强度折减法的基本原理可知， 基于该方法 计算的边坡安全系数 ： 0035 0036 而两个折减系数之间的比率关系可以定义为 ： 0037 由式 2 和式 3 可以推导出 ： 0038 0039 在该问题中， 如果将 SRF2看成 k。
13、 的函数， 即 SRF2(k) ： 0040 0041 只要获得SRF2(k)的关系式， 就得出了双折减系数比率k与安全系数Fs映射关系， 即 Fs(k) 的表达式。SRF2(k) 的表达式， 可以采取工程实例进行拟合。 0042 根据三个边坡案例的 SRF2关于 k 的拟合结果， 可以将关系式 SRF2(k) 写为 ： 0043 SRF2 A+Bk 0044 其中 A 和 B 为待定系数。结合上式可以推导出双折减系数比率 k 与安全系数 Fs 的映射关系式 ： 0045 0046 即 ： 0047 由此可知， 函数 Fs(k) 具有一个最小值， 该最小值为 ： 0048 0049 此时， 0。
14、050 (2) 基于改进的双强度折减法的边坡稳定性分析一般步骤 0051 单纯从数学角度看， 函数 Fs(k) 具有一个最小值。从工程实际意义上看， 这个最小 值可以认为， 是边坡在给定工况下， 安全系数在两个抗剪强度参数任意组合情况下可能达 到的最小值。 由于边坡问题属于安全问题， 并且在实际工程中， 地质结构复杂， 因而， 本发明 建议采取最小安全系数值， 作为边坡最终的安全系数。在利用改进的双强度折减法进行边 坡稳定性分析时， 可以参照如下步骤进行 ： 0052 （1） 概化边坡地质模型， 建立计算模型 ； 说 明 书 CN 103310097 A 5 4/6 页 6 0053 （2） 。
15、取任意两个双折减系数 k 的值， 如 k1 0.6 和 k2 1.6， 分别在这两个 k 值 下， 进行模型的基于双强度折减法的安全系数计算 ； 0054 （3） 将第 （2） 步中计算所得的两个安全系数值 Fs1和 Fs2带入， 即获得一个关于 A 和 B 的二元一次方程组 ： 0055 0056 （4） 通过解得 A 和 B 的值， 并带入计算最小安全系数 Fsmin， 从而可以对实际边坡进 行最小安全系数的分析。下面结合具体的实施例， 对本发明进行具体说明。 0057 实施例 1 0058 案例一 ： 某边坡位于贵州省， 属于遵义市到毕节市高速公路岩石高边坡。 该段高速 公路地形高耸， 。
16、属于多山地带， 地质岩性以碳酸盐岩为主， 质地较为均匀。该边坡高 196 米， 整体坡度 57。该边坡断面图参见图 1 ： 0059 虽然边坡上有桩基， 桩基会影响潜在滑动面的位置。 但是由于算例中， 桩基的深度 对该边坡的影响不大， 为了方便计算， 故在计算中被忽略。 由于该碳酸盐岩质高边坡岩体质 地较为均匀， 故采用单一材质， 其物理力学参数参见表 1 0060 表 1 案例一边坡岩体力学参数 0061 0062 实施例 2 0063 实例为长江上游某船闸高边坡。该船闸年单向通过能力为 5000 万吨， 其最大运行 水头 113m， 为双线五级船闸， 左、 右线船闸中心线相距 94m， 中。
17、间保留 60m 宽的隔墩， 主体结 构长 1617 米， 建设过程中的土石开挖量为 4211 万立方米， 形成高达 70-120 米， 最高 170 米 的高边坡 ； 其所处的边坡高， 地质条件复杂， 断层 F215 恰好在此穿过， 致使岩体完整性相对 较差， 是整个通航建筑物中最有可能发生问题的危险部位。本发明选取闸首区 1717 剖面 作为计算断面， 断面图参见图 2 ： 案例二边坡岩体力学参数参见表 2 ： 0064 表 2 案例二岩体力学参数表 0065 说 明 书 CN 103310097 A 6 5/6 页 7 0066 对实施例 1 和实施例 2 中左岸和右岸的三个边坡分别建立模。
18、型。本发明采用的是 有限差分软件 Flac3D， 实施例 1 和实施例 2 左右岸边坡建立的模型参见图 3- 图 5 ： 0067 以 0.2 为步长， 取 k 0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6， 逐一通过双强度折减 法对三个边坡计算， 获得 SRF1、 SRF2以及 Fs。计算结果反映在了表 4 中 ： 0068 表 3 三个边坡的 SRF1、 SRF2以及 Fs 关于 k 的计算值 0069 说 明 书 CN 103310097 A 7 6/6 页 8 0070 将表 3 中 SRF2的计算成果绘制成曲线， 拟合 SRF2(k) 关系式。发现 SRF2(k) 。
19、满足 线性。对于三个边坡拟合的线性关系式为 ： 0071 实施例 1 ： 0072 SRF2 0.60873+0.90433k 0073 实施例 2 左岸 ： 0074 SRF2 2.72444+2.03333k 0075 实施例 2 右岸 ： 0076 SRF2 1.59056+1.97917k 0077 拟合图线参见图 3 5 ： 0078 根据上面三个边坡案例的 SRF2关于 k 的拟合结果， 可以将关系式 SRF2(k) 写为 ： 0079 SRF2 A+Bk 0080 其中 A 和 B 为待定系数。可以推导出双折减系数比率 k 与安全系数 Fs 的映射关 系式 0081 0082 即。
20、 ： 0083 由上式可以看出， 函数 Fs(k) 具有一个最小值， 该最小值为 ： 0084 0085 此时， 0086 通过该方法， 可以对本发明案例中的三个边坡进行最小安全系数的分析， 分析结 果参见表 4 ： 0087 表 4 三个边坡基于改进的双强度折减法的最小安全系数计算 0088 0089 。 说 明 书 CN 103310097 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103310097 A 9 2/3 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103310097 A 10 3/3 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103310097 A 11 。