【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于边坡工程，具体涉及一种倾倒边坡的建模和分析方法，主要适用于水利水电、露天矿、交通和市政等领域。
技术介绍
1、在岩体边坡工程实践中，当坡体中发育有反倾结构面时，将可能导致边坡具有倾倒变形破坏风险。nb/t 10512-2021《水电工程边坡设计规范》等规程规范或标准对边坡不同倾倒类型边坡抗倾稳定性分析方法做了具体规定，包括极限平衡法和数值分析方法两大类。其中，极限平衡法适用于典型的块状倾倒问题，而离散元方法和非连续变形分析法dda等数值分析方法对于不同的倾倒变形破坏类型(块状倾倒、弯曲型倾倒、块状-弯曲型倾倒和压缩性倾倒)具有更好的适用性。离散元方法和dda方法在构建分析模型过程中直接对边坡的岩体裂隙结构进行了直接描述，因此具有强烈非连续变形特征的边坡倾倒变形破坏机制可以得到正确反映。不过，从分析效率角度考察目前常用数值分析方法，在建模和计算环节存在2个重大缺陷：
2、(1)反倾结构面是否能够诱发边坡倾倒变形破坏具有条件性，具体指优势性裂隙的产状和坡向应满足一定方位关系，否则裂隙不具备诱发边坡倾倒变形破坏的条件。目前数值分析方法在模型构建前期缺乏对边坡倾倒变形破坏诱因开展必要的地质分析，即模型纳入了过量的次要优势性裂隙信息，未能准确描述具备诱发边坡形成倾倒变形破坏的裂隙条件。
3、(2)除实际的结构面条件外，离散元方法和dda等非连续介质力学方法数值分析还普遍利用了“人工结构面”条件，其作用仅在于以辅助边界的方式为实际结构面或工程结构边界提供几何意义上的“搭接”条件、进而组合形成数值模型构建
4、对于优势性裂隙组数较多或地质条件较复杂的大型倾倒变形破坏机制的边坡，有必要以地质分析作为前提把握变形控制性诱因、同时降低“人工结构面”在模型中的应用数量，以控制数值模型体量，合理保证分析效率和分析精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种倾倒边坡的建模和分析方法，适用于基于离散单元法的倾倒边坡变形破坏分析保证分析效率和计算精度。
2、一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，首先通过开展地质分析确定引致边坡发生倾倒变形破坏的控制性优势裂隙分组，然后直接将控制性优势裂隙视为数值块体边界构建离散单元法数值分析模型，然后完成网格剖分、材料赋值及边界设定步骤，进行计算分析。
3、进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
4、(1)采用地质分析方法即赤平投影法分析坡体中优势结构面产状与边坡走向之间的方位关系，进而确定引致边坡倾倒变形的控制性优势裂隙条件；控制性优势裂隙条件应满足如下条件：(1-1)裂隙反倾坡内；(1-2)结构面倾向αj与坡向αf之间夹角β不超过20°，即满足下式要求：
5、β＝|αj–αf|≤20° (1)
6、(2)依据地质分析确定的控制性优势裂隙条件，精细化构建边坡地形面，具体包括根据边坡倾倒变形特点，将边坡地表分为非重点模拟区域和重点模拟区域两个分区；边坡地形面采用delaunay三角形进行剖分以描述其形态，其中，重点模拟区域内每个三角形其中的2条边代表了控制性优势裂隙在地表的揭露迹线，另一条边称为辅助边，辅助边没有具体的地质意义，仅起到辅助建模的作用；非重点模拟区域内的三角形的三条边均为没有具体地质意义的辅助边；
7、(3)在离散单元法程序中读取由步骤(2)构建的精细化边坡地形面，利用二次开发功能遍历边坡地形面中的所有三角形，对其中的每一个三角形按指定方向矢量v、分段长度li做延伸拖拉操作，形成n个三棱柱，i≤n，n为分段数；假定精细化地形面共包括m个三角形，则形成共计含有m×n个三棱柱、n个分段范围的块体集合模型，进一步对其作切割处理，得到规则化边界的离散元法数值模型，用于边坡变形稳定相关分析评价，所述规则化边界是指数值分析模型的四周边界竖直、底部边界水平。
8、进一步地，所述方法还包括步骤(4)：视边坡变形机制和影响因素，利用分段范围控制及切割操作进一步在离散元法数值模型中纳入需考虑的确定性结构面和其他优势性结构面，再依次经过网格剖分、岩体及结构面材料定义、初始地应力和边界条件设定后得到最终的离散元数值模型，继而交付计算、开展边坡变形稳定相关分析评价。
9、进一步地，步骤(1)确定的控制性优势裂隙不超过2组。
10、进一步地，步骤(2)中，当控制性优势裂隙不足2组时，每个三角形含有2条辅助边。
11、进一步地，步骤(3)中，分段延伸拖拉操作用于精细化控制后续模型操作处理的有效范围，包括次要结构面、确定性结构面切割处理范围和材料分区范围的合理定义。
12、进一步地，步骤(2)中，采用三维地质建模软件构建精细化地形面，具体包括：首先创建一个地表参考面t，参考面的三角网剖分密度应高于数值分析模型的模拟精度；以地表参考面作为参照，确定非重点模拟区域和重点模拟区域、并分别完成三角网剖分操作、形成精细化地形面；由于非重点模拟区域内的三角形为无具体的地质意义的辅助边，且计算分析对该区域模拟精度要求不高，可采用尺寸相对较大的三角形进行剖分。
13、进一步地，步骤(2)中，对重点模拟区域进行三角网剖分的步骤为：(2-1)依据其平均法向量ni和平均间距di在重点模拟区域内创建控制性结构面分组si(i≤2)和辅助结构面分组sj(i＜j≤3)；进而利用面、面相交计算获得各组结构面之间的交线cij；最后利用线、面相交计算得到交线cij与地表参考面t的交点pij；(2-2)依据交点pij对重点模拟区域进行三角网剖分，三角形的边线表示裂隙在地表的揭露迹线。
14、进一步地，步骤(3)中，延伸拖拉操作生成三棱柱的处理过程可利用离散元程序内置的二次开发环境实现，具体包括：
15、(a)方向矢量v按控制性优势裂隙的方位矢量作向量积计算确定：
16、当控制性优势裂隙为1组时：
17、
18、式中，ω分别为控制性优势裂隙的单位法向量和单位走向(与大地坐标系正北方向的夹角)矢量；α、β、γ分别为方向矢量v与模型坐标系x、y、z轴的夹角；
19、当控制性优势裂隙为2组时：
20、
21、式中，分别为2组控制性优势裂隙的单位法向量；
22、(b)设精细化地形面中的任一三角形的某个角点的坐标为x0＝(x0，y0，z0)，则第j个拖拉分段三棱柱的起始面aj和终止面bj的对应角点的坐标分别为：
23、第j个三棱柱起始面aj的对应的角点坐标xa：xa＝x0+v×∑lj-1＝x0+(cosα,cosβ,cosγ)×∑lj-1。
24、第j个三棱柱终止面bj的对应的角点坐标xb：xb＝x0+v×∑lj＝x0+(cosα,cosβ,cosγ)×∑lj。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，首先通过开展地质分析确定引致边坡发生倾倒变形破坏的控制性优势裂隙分组，然后直接将控制性优势裂隙视为数值块体边界构建离散单元法数值分析模型，然后完成网格剖分、材料赋值及边界设定步骤，进行计算分析。
2.如权利要求1所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，还包括步骤(4)：视边坡变形机制和影响因素，利用分段范围控制及切割操作进一步在离散元法数值模型中纳入需考虑的确定性结构面和其他优势性结构面，再依次经过网格剖分、岩体及结构面材料定义、初始地应力和边界条件设定后得到最终的离散元数值模型，继而交付计算、开展边坡变形稳定相关分析评价。
4.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(1)确定的控制性优势裂隙不超过2组。
5.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(2)中，当控制性优势裂隙不足2组时，每个三角形含有2条辅助边。
6.如权利要求2所述的
7.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(2)中，采用三维地质建模软件构建精细化地形面，具体包括：首先创建一个地表参考面T，参考面的三角网剖分密度应高于数值分析模型的模拟精度；以地表参考面作为参照，确定非重点模拟区域和重点模拟区域、并分别完成三角网剖分操作、形成精细化地形面；由于非重点模拟区域内的三角形为无具体的地质意义的辅助边，且计算分析对该区域模拟精度要求不高，可采用尺寸相对较大的三角形进行剖分。
8.如权利要求2所述的一种倾倒边坡模拟和分析方法，其特征在于，步骤(2)中，对重点模拟区域进行三角网剖分的步骤为：(2-1)依据其平均法向量ni和平均间距di在重点模拟区域内创建控制性结构面分组Si和辅助结构面分组Sj，i≤2，i＜j≤3；进而利用面、面相交计算获得各组结构面之间的交线Cij；最后利用线、面相交计算得到交线Cij与地表参考面T的交点Pij；(2-2)依据交点Pij对重点模拟区域进行三角网剖分，三角形的边线表示裂隙在地表的揭露迹线。
9.如权利要求2所述的一种倾倒边坡模拟和分析方法，其特征在于，步骤(3)中，延伸拖拉操作生成三棱柱的处理过程可利用离散元程序内置的二次开发环境实现，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，首先通过开展地质分析确定引致边坡发生倾倒变形破坏的控制性优势裂隙分组，然后直接将控制性优势裂隙视为数值块体边界构建离散单元法数值分析模型，然后完成网格剖分、材料赋值及边界设定步骤，进行计算分析。
2.如权利要求1所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，还包括步骤(4)：视边坡变形机制和影响因素，利用分段范围控制及切割操作进一步在离散元法数值模型中纳入需考虑的确定性结构面和其他优势性结构面，再依次经过网格剖分、岩体及结构面材料定义、初始地应力和边界条件设定后得到最终的离散元数值模型，继而交付计算、开展边坡变形稳定相关分析评价。
4.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(1)确定的控制性优势裂隙不超过2组。
5.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(2)中，当控制性优势裂隙不足2组时，每个三角形含有2条辅助边。
6.如权利要求2所述的一种倾倒边坡的建模和分析方法，其特征在于，步骤(3)中，分段延伸拖拉操作用于精细化控制后续模型操作处理的有效范围，包括次要结构面、确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱永生，褚卫江，吴家耀，孟国涛，曹爱武，徐全，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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