申请/专利权人：中铁第一勘察设计院集团有限公司

申请日：2022-08-31

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN115288106B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;E02D1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2022.11.22#实质审查的生效;2022.11.04#公开

摘要：本发明涉及一种基于力矢多边形原理的外倾岩石楔形体侧压力计算方法。在计算外倾岩石楔形体侧压力时，需要考虑滑动面抗剪强度参数粘聚力和摩擦角的作用，边坡规范公式无法适用。本方法包括：对挡土构件以及挡土构件后的岩体进行等效假设；建立岩体中岩石楔形体在作用力下的矢量多边形平衡模型；根据模型，求解岩石楔形体自重；基于岩石楔形体自重，计算岩石楔形体侧压力。该方法考虑了岩石楔形体滑动面抗剪强度内摩擦角和粘聚力参数，涵盖了挡墙后任意形状楔形体滑块、超载、内外坡向各种组合条件下的岩体侧压力计算方法，克服了规范公式的冗长表达及考虑工况不全的劣势，通用性强且物理意义明确，易于工程技术人员掌握，推广意义重大。

主权项：1.基于力矢多边形原理的外倾岩石楔形体侧压力计算方法，其特征在于：所述方法包括：对挡土构件以及挡土构件后的岩体进行等效假设；建立岩体中岩石楔形体在作用力下的矢量多边形平衡模型；根据模型，求解岩石楔形体自重；基于岩石楔形体自重，计算岩石楔形体侧压力；其中：对挡土构件以及挡土构件后的岩体进行等效假设，包括：假设挡土构件为刚性挡墙，墙背为与水平面夹角为α的斜墙；假设挡土构件后的岩体内部存在滑动角为θ的潜在的岩体滑动面，岩体滑动面两侧分别为滑动的岩体和未滑动的岩体，滑动的岩体为外倾的三角形块体，即岩石楔形体；假设岩石楔形体顶部与水平面夹角为β且上部作用有超载q，超载q作用方向为竖直向下；建立岩体中岩石楔形体在作用力下的矢量多边形平衡模型，包括：非地震工况下，考虑岩石楔形体的极限平衡条件，结合岩石楔形体自重G、滑动面支撑反力R、非地震工况下挡墙墙背支撑反力Ea、滑动面抗滑力cl，在力平衡的矢量空间构成闭合四边平衡，建立矢量四边形平衡模型；地震工况下，考虑岩石楔形体的极限平衡条件，结合岩石楔形体自重G、水平地震力Q、滑动面支撑反力R、地震工况下挡墙墙背支撑反力EEa、滑动面抗滑力cl，在力平衡的矢量空间构成闭合五边平衡，建立矢量五边形平衡模型；根据模型，求解岩石楔形体自重，包括：q＝0，β＝0°，α＝90°时： q＝0，β＝0°，90°α180°时： q＝0，β＝0°，0°α90°时： q＝0，β≠0°，α＝90°时： q＝0，β≠0°，90°α180°或0°α90°时： q≠0，α、β不做限制时： 其中：γ为岩体重度；H为墙背垂直高度；G含超载为包含超载作用时的岩石楔形体广义自重；Kq为超载影响系数；L水平投影长度为滑动面长度l的水平投影长度，具体为： 基于岩石楔形体自重，计算岩石楔形体侧压力，包括：非地震工况下，基于岩石楔形体自重G，在矢量四边形平衡模型下计算岩石楔形体侧压力，包括为非地震工况下岩石楔形体主动土压力Ea和为非地震工况下岩石楔形体被动土压力Ep： 其中： 为非地震工况下岩石楔形体的等效摩擦角； 为岩石楔形体自重G与滑动面支撑反力R的夹角；δ为非地震工况下挡墙墙背与岩石楔形体的的摩擦角；α-δ为岩石楔形体自重G与非地震工况下岩石楔形体主动土压力Ea的夹角； 为滑动面支撑反力R与滑动面抗滑力cl的夹角；|AC|为不考虑滑裂面粘聚力cl的非地震工况下岩石楔形体主动土压力Ea矢量模；|AE|为考虑滑裂面粘聚力cl影响后非地震工况下岩石楔形体主动土压力Ea矢量模的减小变化量；|EC|为考虑滑裂面粘聚力cl影响后非地震工况下岩石楔形体主动土压力Ea矢量模减小后的大小量；非地震工况下考虑超载q时，将G替换为G含超载；基于岩石楔形体自重，计算岩石楔形体侧压力，包括：地震工况下，基于岩石楔形体自重G，在矢量五边形平衡模型下计算岩石楔形体侧压力，包括地震工况下岩石楔形体主动土压力EEa和地震工况下岩石楔形体被动土压力EEp：G'＝Gcosρ 其中：G'为地震工况下岩石楔形体自重，是为岩石楔形体自重G与水平地震力Q的矢量合力，G'和G的夹角大小为ρ，ρ称之为地震角； 为地震作用下岩石楔形体的等效摩擦角，δe为地震工况下挡墙墙背与岩石楔形体的摩擦角； 为地震工况下岩石楔形体主动土压力时岩石楔形体自重G'与滑动面支撑反力R的夹角，此时水平地震力指向坡外； 为地震工况下岩石楔形体主动土压力时岩石楔形体自重G'与滑动面支撑反力R的夹角，此时水平地震力指向坡内； 为地震工况下岩石楔形体被动土压力时岩石楔形体自重G'与滑动面支撑反力R的夹角，此时水平地震力指向坡外； 为地震工况下岩石楔形体被动土压力时岩石楔形体自重G'与滑动面支撑反力R的夹角，此时水平地震力指向坡内； 为地震工况下岩石楔形体主动土压力EEa与滑动面支撑反力R的夹角； 为地震工况下岩石楔形体被动土压力EEp与滑动面支撑反力R的夹角；地震工况下考虑超载q时，将G替换为G含超载。

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