考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明属于边坡稳定性分析领域，尤其涉及一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统、设备及介质。

背景技术：

2.强度折减法是最常用的边坡稳定性分析方法之一。基于强度储备原理，安全系数被定义为边坡当前状态下的强度参数与临界状态下的强度参数的比值。强度折减法对各类地质情况的兼容性好，不受滑面形状位置的限制；除此之外，岩土体大多有明显的应变软化性质，传统的极限平衡法基于刚体的基本假设难以满足这类特殊边坡的计算，因此，强度折减法已被广泛应用于边坡工程。
3.针对传统强度折减法中强度参数总是按等比例折减的理论不足，国内外学者提出了双折减系数法，来考虑边坡达到临界状态的过程中粘聚力和内摩擦角的不同贡献程度。然而，目前的双折减系数法都是基于摩尔-库伦常数模型开展研究的，适用于应变软化材料的应变软化强度折减法仍然是对峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角进行等比例折减，目前考虑这四个参数不同贡献程度的应变软化边坡的安全系数求解方法还未曾被提及。
4.综上所述，目前考虑应变软化的边坡稳定性分析方法存在缺陷。在边坡的稳定性计算问题中，既要考虑岩土体本身的应变软化性质，又要考虑峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角对安全系数的不同贡献程度。现有的强度折减法，对这两点的考虑不够全面，理论依据不充分、确定的安全系数不够准确。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统、设备及介质，以克服传统中未考虑到峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角对安全系数的不同贡献程度，导致安全系数计算不够准确的问题。
6.本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，包括以下步骤：
7.步骤1：建立边坡数值计算模型，并根据所述边坡数值计算模型确定应变软化边坡相关计算参数的初始值；
8.步骤2：单独对每个所述计算参数进行折减，直到所述边坡数值计算模型失稳，得到与每个所述计算参数对应的折减系数，并得到不同计算参数对应的折减系数之间的比例关系；
9.步骤3：结合所述计算参数的初始值，对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代，直到所述边坡数值计算模型达到临界状态，得到在所述比例关系下的临界状态计算参数；
10.步骤4：根据所述计算参数的初始值和在所述比例关系下的临界状态计算参数确
定综合安全系数。
11.进一步地，所述步骤1中，计算参数包括峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角。
12.进一步地，所述步骤3中，折减迭代的计算公式为：
[0013][0014][0015]
其中，为第i次折减后的峰值粘聚力，为第i次折减后的峰值内摩擦角，为第i次折减后的残余粘聚力，为第i次折减后的残余内摩擦角，f
cp
为峰值粘聚力对应的折减系数，为峰值内摩擦角对应的折减系数，f
cr
为残余粘聚力对应的折减系数，为残余内摩擦角对应的折减系数，当i＝1时，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值。
[0016]
进一步地，所述步骤4中，综合安全系数的计算公式为：
[0017][0018]
其中，f为综合安全系数，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值，c'
p
为临界状态峰值粘聚力，为临界状态峰值内摩擦角，c'r为临界状态残余粘聚力，为临界状态残余内摩擦角。
[0019]
本发明还提供一种考虑应变软化的边坡稳定性分析系统，包括：
[0020]
模型构建单元，用于建立边坡数值计算模型，并根据所述边坡数值计算模型确定应变软化边坡相关计算参数的初始值；
[0021]
折减系数确定单元，用于单独对每个所述计算参数进行折减，直到所述边坡数值计算模型失稳，得到与每个所述计算参数对应的折减系数，并得到不同计算参数对应的折减系数之间的比例关系；
[0022]
临界参数确定单元，用于结合所述计算参数的初始值，对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代，直到所述边坡数值计算模型达到临界状态，得到在所述比例关系下的临界状态计算参数；
[0023]
安全系数确定单元，用于根据所述计算参数的初始值和在所述比例关系下的临界状态计算参数确定综合安全系数。
[0024]
进一步地，所述临界参数确定单元，具体用于根据如下计算公式对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代：
[0025]
[0026][0027]
其中，为第i次折减后的峰值粘聚力，为第i次折减后的峰值内摩擦角，为第i次折减后的残余粘聚力，为第i次折减后的残余内摩擦角，f
cp
为峰值粘聚力对应的折减系数，为峰值内摩擦角对应的折减系数，f
cr
为残余粘聚力对应的折减系数，为残余内摩擦角对应的折减系数，当i＝1时，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值。
[0028]
进一步地，所述安全系数确定单元，具体用于根据如下计算公式计算参数确定综合安全系数：
[0029][0030]
其中，f为综合安全系数，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值，c'
p
为临界状态峰值粘聚力，为临界状态峰值内摩擦角，c'r为临界状态残余粘聚力，为临界状态残余内摩擦角。
[0031]
本发明还提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法。
[0032]
本发明还提供一种介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法。
[0033]
有益效果
[0034]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0035]
本发明考虑了岩土体的应变软化效应，并通过对峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角采用不同的折减系数进行折减，体现了这些参数在边坡失稳过程中的不同贡献程度，对贡献大的参数加大了折减比例；在传统双折减系数、一个折减比的基础上，引入四个折减系数、两个折减比，假定粘聚力参数等比例折减，推导了四个折减系数间的比例关系；利用四维空间坐标系中初始点的坐标关系，推导了综合安全系数的表达式，由此得到的综合安全系数小于传统等比例折减法的结果，提高了综合安全系数的准确性和可靠性，更加真实地反映了边坡岩土体稳定性。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1是本发明实施例中一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法的流程图；
[0038]
图2是本发明实施例中边坡数值计算模型示意图；
[0039]
图3是本发明实施例中应变软化简化关系图。
具体实施方式
[0040]
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、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作出创造性劳动的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。下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0041]
如图1所示，本实施例所提供的一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤1：建立边坡数值计算模型，并根据边坡数值计算模型确定应变软化边坡相关计算参数的初始值。
[0043]
本实施例中，计算参数包括峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角。
[0044]
如图2和3所示，边坡高10m，坡角为45
°
，重度为19.6kn/m3，考虑应变软化效应，峰值粘聚力的初始值峰值内摩擦角的初始值残余粘聚力的初始值残余内摩擦角的初始值塑性剪切应变阈值kr＝0.02。
[0045]
步骤2：单独对每个计算参数进行折减，直到边坡数值计算模型失稳，得到与每个计算参数对应的折减系数，并得到不同计算参数对应的折减系数之间的比例关系。
[0046]
对峰值粘聚力c
p
、峰值内摩擦角残余粘聚力cr、残余内摩擦角四个强度参数或计算参数分别引入对应的折减系数f
cp
、f
cr
、f
cp
为峰值粘聚力对应的折减系数，为峰值内摩擦角对应的折减系数，f
cr
为残余粘聚力对应的折减系数，为残余内摩擦角对应的折减系数。再引入两个折减比n
p
、nr，其中，
[0047]
取峰值参数计算，当单独对峰值粘聚力c
p
进行折减，直到边坡数值计算模型失稳时，得到折减系数f
cp
＝1.2726；当单独对峰值内摩擦角进行折减，直到边坡数值计算模型失稳时，得到折减系数则折减比
[0048]
取残余参数计算，当单独对残余粘聚力cr进行折减，直到边坡数值计算模型失稳时，得到折减系数f
cr
＝0.4864；当单独对残余内摩擦角进行折减，直到边坡数值计算模型失稳时，得到折减系数则折减比
[0049]
假定粘聚力参数折减比例相同，即假定f
cp
:f
cr
＝1:1，得到四个折减系数之间的比例关系例关系
[0050]
步骤3：结合计算参数的初始值，对不同计算参数按照比例关系分别进行折减迭代，直到边坡数值计算模型达到临界状态，得到在比例关系下的临界状态计算参数。
[0051]
本实施例中，折减迭代的计算公式为：
[0052][0053][0054]
其中，为第i次折减后的峰值粘聚力，为第i次折减后的峰值内摩擦角，为第i次折减后的残余粘聚力，为第i次折减后的残余内摩擦角，当i＝1时，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值。
[0055]
通过折减迭代使边坡数值计算模型达到临界状态，并得到在比例关系下的临界状态计算参数，即临界状态峰值粘聚力c'
p
、临界状态峰值内摩擦角临界状态残余粘聚力c'r、临界状态残余内摩擦角具体为c
′
p
＝19.5532e3，c
′r＝9.7766e3，
[0056]
强度折减法计算安全系数时，给定折减系数的初值，通过迭代计算折减系数在边坡破坏时收敛于某个值，该值即为安全系数。本技术考虑了4个不同的折减系数，4个折减系数在迭代计算中分别收敛至4个定值，最终的综合安全系数由该4个定值确定。步骤4：根据计算参数的初始值和在比例关系下的临界状态计算参数确定综合安全系数。
[0057]
本实施例中，在四维空间中表示出来，得到初始点p0(20e3,0.2679,10e3,0.1763和临界点p19.5532e3,0.2301,9.7766e3,0.1990。边坡的综合安全系数采用四维空间中两个超立方体的体积之比来表示，最终得到综合安全系数为1.0193。
[0058][0059]
对于初始值采用传统应变软化强度折减法计算综合安全系数，得到综合安全系数为1.0686。本发明方法与传统应变软化强度折减法进行对比，如表1所示。
[0060]
具体方法传统应变软化强度折减法本发明方法折减系数的比例关系1:1:1:11:1.1382:1:0.8669综合安全系数1.06861.0193
[0061]
由表1可知，本发明得到的稳定性计算结果与传统方法的计算结果高度吻合，证明了本发明方法的合理性和准确性，能有效地解决传统应变软化边坡安全系数求解方法中存在的问题和不足。边坡基于强度储备的安全系数的定义为：边坡初始状态强度参数与边坡临界状态下强度参数的比值，传统的等比例折减法只有一个折减系数，当申请折减比为1:
1:1:1时，采用超立方体的体积比来确定综合安全系数，是对传统方法的一种扩展，可以考虑峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角的不同贡献，并且在不等比例下确定综合安全系数；另外，综合安全系数是一个无量纲量，可以消除参数间的交叉影响。
[0062]
在不同岩土体参数下，不同坡角(30
°
、45
°
、60
°
)边坡模型下本发明方法与传统应变软化强度折减法(简称传统方法)的结果对比如表2所示。
[0063]
第一组岩土体参数为：第二组岩土体参数为：第三组岩土体参数为：第三组岩土体参数为：
[0064]
表2本发明方法与传统方法在不同岩土体参数、不同坡角下的对比
[0065][0066][0067]
由表2可以看出，本发明方法结果与传统应变软化强度折减法的结果相近，且都小于传统等比例折减法的结果。传统应变软化强度折减法是按1:1:1:1对
进行等比例折减，没有考虑各参数的贡献程度。本发明方法既考虑了应变软化效应，又考虑了不同参数对综合安全系数的贡献，对贡献大的参数加大了折减比例，得到的结果小于传统等比例折减法的结果，因此本发明方法得到的综合安全系数更加准确可靠。
[0068]
本发明提供一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统，考虑了岩土体的应变软化效应，并通过对峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角采用不同的折减系数进行折减，体现了这些参数在边坡失稳过程中的不同贡献程度，对贡献大的参数加大了折减比例；在传统双折减系数、一个折减比的基础上，本发明引入四个折减系数、两个折减比，假定粘聚力参数等比例折减，推导了四个折减系数间的比例关系；利用四维空间坐标系中初始点的坐标关系，推导了综合安全系数的表达式，由此得到的综合安全系数小于传统等比例折减法的结果，提高了综合安全系数的准确性和可靠性。
[0069]
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立边坡数值计算模型，并根据所述边坡数值计算模型确定应变软化边坡相关计算参数的初始值；步骤2：单独对每个所述计算参数进行折减，直到所述边坡数值计算模型失稳，得到与每个所述计算参数对应的折减系数，并得到不同计算参数对应的折减系数之间的比例关系；步骤3：结合所述计算参数的初始值，对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代，直到所述边坡数值计算模型达到临界状态，得到在所述比例关系下的临界状态计算参数；步骤4：根据所述计算参数的初始值和在所述比例关系下的临界状态计算参数确定综合安全系数。2.如权利要求1所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤1中，计算参数包括峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角。3.如权利要求1所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤3中，折减迭代的计算公式为：迭代的计算公式为：其中，为第i次折减后的峰值粘聚力，为第i次折减后的峰值内摩擦角，为第i次折减后的残余粘聚力，为第i次折减后的残余内摩擦角，f
cp
为峰值粘聚力对应的折减系数，为峰值内摩擦角对应的折减系数，f
cr
为残余粘聚力对应的折减系数，为残余内摩擦角对应的折减系数，当i＝1时，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值。4.如权利要求1～3中任一项所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤4中，综合安全系数的计算公式为：其中，f为综合安全系数，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值，c'
p
为临界状态峰值粘聚力，为临界状态峰值内摩擦角，c'
r
为临界状态残余粘聚力，为临界状态残余内摩擦角。5.一种考虑应变软化的边坡稳定性分析系统，其特征在于，包括：模型构建单元，用于建立边坡数值计算模型，并根据所述边坡数值计算模型确定应变软化边坡相关计算参数的初始值；折减系数确定单元，用于单独对每个所述计算参数进行折减，直到所述边坡数值计算
模型失稳，得到与每个所述计算参数对应的折减系数，并得到不同计算参数对应的折减系数之间的比例关系；临界参数确定单元，用于结合所述计算参数的初始值，对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代，直到所述边坡数值计算模型达到临界状态，得到在所述比例关系下的临界状态计算参数；安全系数确定单元，用于根据所述计算参数的初始值和在所述比例关系下的临界状态计算参数确定综合安全系数。6.如权利要求5所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析系统，其特征在于，所述临界参数确定单元，具体用于根据如下计算公式对不同计算参数按照所述比例关系分别进行折减迭代：迭代：其中，为第i次折减后的峰值粘聚力，为第i次折减后的峰值内摩擦角，为第i次折减后的残余粘聚力，为第i次折减后的残余内摩擦角，f
cp
为峰值粘聚力对应的折减系数，为峰值内摩擦角对应的折减系数，f
cr
为残余粘聚力对应的折减系数，为残余内摩擦角对应的折减系数，当i＝1时，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值。7.如权利要求5或6所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析系统，其特征在于，所述安全系数确定单元，具体用于根据如下计算公式计算参数确定综合安全系数：其中，f为综合安全系数，为峰值粘聚力的初始值，为峰值内摩擦角的初始值，为残余粘聚力的初始值，为残余内摩擦角的初始值，c'
p
为临界状态峰值粘聚力，为临界状态峰值内摩擦角，c'
r
为临界状态残余粘聚力，为临界状态残余内摩擦角。8.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～4中任一项所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法。9.一种介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～4中任一项所述的考虑应变软化的边坡稳定性分析方法。

技术总结

本发明公开了一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统、设备及介质，考虑了岩土体的应变软化效应，并通过对峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角采用不同的折减系数进行折减，体现了这些参数在边坡失稳过程中的不同贡献程度，对贡献大的参数加大了折减比例；在传统双折减系数、一个折减比的基础上，引入四个折减系数、两个折减比，假定粘聚力参数等比例折减，推导了四个折减系数间的比例关系；利用四维空间坐标系中初始点的坐标关系，推导了综合安全系数的表达式，由此得到的综合安全系数小于传统等比例折减法的结果，提高了综合安全系数的准确性和可靠性，更加真实地反映了边坡岩土体稳定性。地反映了边坡岩土体稳定性。地反映了边坡岩土体稳定性。