System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法技术_技高网
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一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法技术

技术编号:43927624 阅读:0 留言:0更新日期:2025-01-07 21:23
本发明专利技术涉及一种用于二维边坡稳定性分析的潜在滑面模型的构建方法,属于工程防灾减灾和计算机辅助设计领域,具体提供一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法。本发明专利技术借助边坡剪切失效物理力学模型,将主应力偏转与最不利剪切方向相结合,构建出能有效展现边坡滑移时实际滑面形态的潜在滑面模型,与此同时,引入滑面下滑出点、上滑出点的已知边界条件,实现了潜在滑面生成的合理性与简便性双重目标,进而,可靠地提高了复杂条件下边坡稳定性评估的准确性,并进一步为边坡滑塌范围界定及加固区域确定提供强有力的科学指导,本发明专利技术实施方法具有实用性强、适用范围广、通用性佳、计算效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程防灾减灾和计算机辅助设计领域,具体涉及一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法


技术介绍

1、据自然资源部统计,滑坡灾害在我国自然地质灾害中占据了大约四分之一的比例。为了有效遏制或减轻滑坡带来的损失,迫切需要一种精准且可靠的最危险潜在滑面识别方法,以此来准确地评估边坡稳定性。在此过程中,合理的潜在滑面理论模型能有效地展现边坡岩土体失效特征,从而为边坡安全系数准确计算和最危险潜在滑面精确搜索提供前提基础。因此,构建合理且有效的潜在滑面理论模型是决定评估结果精确度和可靠性的核心所在。

2、在现有边坡稳定性分析方法中,潜在滑面理论模型主要分为特定曲线滑面模型与任意随机滑面模型此两种。对于特定曲线滑面模型,包括有直线型、圆弧型和对数螺旋型等,其主要依据实际地质条件与工程经验,应用不同数学几何特定曲线模型来模拟不同类型岩土体边坡的滑动行为。例如,在砂性土边坡中,给定直线上两个边界点以定义直线型滑面,在粘性土边坡中,给定圆弧或对数螺旋线边界点并控制极径围绕某一中心点旋转以实现圆弧型或对数螺旋型滑动面构建。对于任意随机滑面模型,主要可分为两类,一类是通过某一假定关系确定潜在滑面上离散点的分布状态,并在此基础上依据一定方式将离散点进行连接以此构建任意滑面模型,另一类是通过构建数学函数表达式,并给定该数学函数不同的随机参数,以此获得随机曲线来拟合出不同形态滑面。

3、在目前潜在滑面理论模型中,特定曲线滑面模型具有涉及参数少且构建方法简单的优点,然而,若边坡坡面外形和地质条件均较为复杂,则特定曲线滑面模型往往难以精确有效地捕捉到最危险潜在滑面位置,亦难以反映复杂多变的滑动特征,因此,存在适用性不足的缺陷。至于任意随机滑面模型,其滑面构建的随机性特点使其在理论上更能准确地获得边坡最危险潜在滑面,但其往往存在涉及参数较多以至于计算效率低的不足,此外,随机性滑面未考虑边坡破坏物理力学机制而带来了众多不合理潜在滑面,为了限制潜在滑面生成的不合理性,需引入大量约束条件,以至于潜在滑面模型构建较为繁琐,进而,不利于边坡稳定性分析高效运行。

4、随着实际工程中边坡地质条件的复杂化与工程建设精细化,简便、精确且合理地开展边坡稳定性分析十分必要。然而,现有边坡稳定性分析所采用的潜在滑面理论模型仍存在一些不足,难以满足实际工程分析需求。具体地,在当前潜在滑面理论模型构建方法中,为了反映复杂边坡破坏特征以及实现最危险潜在滑面准确获取,往往需涉及大量滑面形状参数并引入众多约束条件,使得最危险潜在滑面的确定变得较为繁琐且效率偏低,难以在实际边坡工程中得到广泛应用。然而,广泛应用的特定曲线滑面模型,忽略了复杂坡面外形和地质条件等影响因素,引发潜在滑面构建的精确性和可靠性存在不足的问题。因而,现有方法面临着潜在滑面理论模型构建的精确性与实用性之间的矛盾。

5、例如,专利申请cn202311847890.5提供一种搜索边坡临界滑动面的蚁群优化方法及系统,涉及土木工程和地质工程
,该方法包括根据边坡工程建立边坡分析模型;采用visual fortran语言编写abaqus umat子程序建立统一强度准则材料模型;基于所述统一强度准则材料模型,获得离散点上的正应力值、剪应力值;根据获得离散点上的正应力值、剪应力值、最大最小主应力值,基于统一强度准则定义安全系数;构造蚁群优化算法搜索临界滑动场,得到边坡临界滑动场和安全系数。该方法可以充分考虑各种边坡的形状,基于有限元极限平衡法、蚁群优化算法搜索边坡临界滑动面,且考虑了土体的中间主应力影响,所得结果较基于mohr-coulomb准则更为合理。然而,该专利滑面生成与搜索过程不仅需要利用数值模拟计算提前获取边坡应力场,而且要结合数学蚁群优化算法来生成随机滑面,由此,造成该专利方法计算方式较为复杂,且严重依赖于现有数值模拟软件而不具备独立性,此外,边坡剪切失效物理力学机制未被应用来确保滑面生成的合理性,使得该专利方法在计算过程中要求花费大量时间去判别生成滑面的不合理性,进而影响到计算效率与可靠性。

6、因此,探索一种简便实用且适用可靠的潜在滑面模型及其构建方法是目前边坡工程领域中一个亟待解决的重要课题。


技术实现思路

1、为此,本专利技术设计了一种新的潜在滑面模型构建方法,其借助边坡剪切失效物理力学模型,将主应力偏转与最不利剪切方向相结合,构建出能有效展现边坡滑移时实际滑面形态的潜在滑面模型,与此同时,引入滑面下滑出点、上滑出点的已知边界条件,实现了潜在滑面生成的合理性与简便性双重目标,进而,可靠地提高了复杂条件下边坡稳定性评估的准确性,并进一步为边坡滑塌范围界定及加固区域确定提供强有力的科学指导,本专利技术实施方法具有实用性强、适用范围广、通用性佳、计算效率高等优点。

2、因此,本专利技术提供一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法,所述方法为主应力偏转与最不利剪切方向相结合模式下二维边坡通用潜在滑面模型的构建方法。

3、在一种具体的实施方式中,在所述方法中,借助边坡剪切失效物理力学模型,考虑滑面岩土体应力状态,并结合滑面下滑出点a和上滑出点b的已知边界条件,采用离散方式生成,以此构建滑面模型。

4、在一种具体的实施方式中,所述方法包括如下步骤:

5、s1:给定潜在滑面下滑出点a和上滑出点b的坐标(xa,ya)和(xb,yb);

6、s2:获取潜在滑面下滑出点a和上滑出点b处边坡坡面切线水平倾角βa和βb;

7、s3:利用式(1)计算出旋转中心点o的坐标(xc,yc);

8、

9、其中,θa为下滑出点a处的滑面极角,θb为上滑出点b处的滑面极角;

10、s4:利用式(2)、式(3)和式(4)分别计算出三角形oab中点o处角度θab、点a处滑面极径ra和点b处滑面极径rb;

11、

12、

13、

14、其中,点a处滑面极径ra即oa,点b处滑面极径rb即ob;

15、s5:令i=1,并将滑面起始点放置在下滑出点a处;

16、其中,点i为离散滑面上的任意点;

17、s6:获取潜在滑面上点i–1处滑面内摩擦角

18、s7:利用式(6)和式(7)分别计算出离散滑面上点i处滑面极角θi和滑面极径ri;

19、此前,先采用逐点离散生成方式,将∠aob等分成n份,获得均等的滑面极角增量dθ=θab/n,且将潜在滑面划分为n段,并由n+1个离散点控制;

20、

21、

22、其中,ri–1为离散滑面上点i–1的极径;当i=0时,r0为极径oa,即r0=ra,当i=n时,rn为极径ob,即rn=rb;为离散滑面上点i–1处的滑面内摩擦角;当i=0时,为潜在滑面上的下滑出点a处的滑面内摩擦角,当i=n时,为潜在滑面上的上滑出点b处的滑面内摩擦角;

23、s8:利用式(8)计算出离散滑面上点i本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法,其特征在于,所述方法为主应力偏转与最不利剪切方向相结合模式下二维边坡通用潜在滑面模型的构建方法。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述方法中,借助边坡剪切失效物理力学模型,考虑滑面岩土体应力状态,并结合滑面下滑出点A和上滑出点B的已知边界条件,采用离散方式生成,以此构建滑面模型。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

4.一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建装置,其特征在于,所述装置为计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任意一项所述方法的各个步骤。

5.一种计算机设备,其特征在于,包括处理器以及存储器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任意一项所述的主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法的各个步骤。

【技术特征摘要】

1.一种主应力偏转模式下二维边坡潜在滑面模型的构建方法,其特征在于,所述方法为主应力偏转与最不利剪切方向相结合模式下二维边坡通用潜在滑面模型的构建方法。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述方法中,借助边坡剪切失效物理力学模型,考虑滑面岩土体应力状态,并结合滑面下滑出点a和上滑出点b的已知边界条件,采用离散方式生成,以此构建滑面模型。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓东平徐润冬彭一航常富豪
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:

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