申请/专利权人：江南大学

申请日：2022-04-21

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN114722474B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.07.26#实质审查的生效;2022.07.08#公开

摘要：本发明公开了一种预应力锚索加固含裂隙膨润土边坡稳定性分析方法，提出一种旋转‑平移组合机构来评估含裂隙膨润土边坡的稳定性，采用平移机构模拟裂隙滑动面，旋转机构模拟圆弧滑动面。针对膨润土单位重度沿土层深度呈非线性变化的特性，将滑动土体离散为一系列土单元，采用分层总和法和旋转体积积分方法计算膨润土重力所做的功率，累加得到重力所做的总功率。根据容重增加原理得到膨润土边坡安全系数表达式，并基于枚举法搜索边坡最小安全系数，得到其相应的临界滑动面。本发明可有效地将膨润土强度理论和极限分析方法结合起来，对边坡吸力效应和锚索作用机制进行合理的解释，对指导边坡设计、施工和加固具有重要的学术价值和现实意义。

主权项：1.一种预应力锚索加固含裂隙膨润土边坡稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.膨润土边坡最危险滑动面受裂隙面控制，采用平移机构模拟裂隙滑动面，旋转机构模拟圆弧滑动面，以平移机构和旋转机构交点为界，将滑动土体分为上部土体和下部土体；S2.计算膨润土边坡重力所做外功率，其为上部土体重力所做外功率和下部土体重力所做外功率之和；对于上部土体，以旋转轴为极点，将滑动土体以其对应的极角划分为若干个体积微元，累加所有体积微元土体重力所做外功率，得到上部土体重力所做外功率；对于下部土体，将其沿水平方向划分为若干个离散的土层单元，累加所有土层单元重力所做功率，得到下部土体重力所做外功率；若θhθB，则上部土体重力所做的功率的公式为： 式中：ω为角速度，θ0为对数螺旋滑动面初始角，θh为对数螺旋滑动面结束角，θB为坡肩对应的极角，r0为初始角对应的极径，γ'为膨润土单位重度，z1和z2分别为旋转机构对应单元体形心至地面的垂直距离，φ'为有效内摩擦角；其中z1和z2可分别表示为 式中：H为膨润土边坡的高度；若θh≤θB，则上部土体重力所做的功率公式为： 若θhθB，则下部土体重力所做的功率为土块FED和ECD所做功率和之和，二者的公式分别为： 式中：hd为裂隙面高度，hi为锚索布设高度，β为坡面倾角，δ为裂隙面倾角，m为土单元数；zi和zj分别为平移机构对应单元土层形心至地面的垂直距离，zi和zj可分别表示为 若θh≤θB，则下部土体重力所做的功率为土块BEDF和ECD所做功率和之和，二者的公式分别为： 膨润土边坡重力所做功率Wγ'的公式为： S3.计算膨润土表观粘聚力引起的能量耗散率，可用微元速度不连续面的面积与其毛细粘聚力和切向速度分量的乘积，在整个速度不连续面上积分得到；膨润土表观粘聚力引起的能量耗散率的公式为： 式中：ccap为膨润土表观粘聚力，dl为速度不连续面微元长度，z3和z4分别为旋转机构和平移机构微元速度不连续面至地面的垂直距离，z3和z4可分别表示为z3＝hd+z0+r0expθh-θ0tanφ′sinθh-r0expθ-θ0tanφ′sinθ13z4＝l+z014；S4.计算单根预应力锚索锚固力的能量耗散率，累加得到所有锚索引起的能量耗散率；步骤S4中，预应力锚索锚固力总的能量耗散率WT的公式为： 式中：Ti为锚索i的锚固力，li为锚索i在坡面处的极径，θi为锚索在坡面处的极角，ξ为锚索的布设角度；S5.计算膨润土边坡坡顶堆载所做外功率；S6.据容重增加原理得到膨润土边坡安全系数表达式，将其表示为整个滑动土体表观粘聚力和锚固力引起的总的能量耗散率与滑动土体重力与坡顶堆载所做功率的比值；S7.基于枚举法搜索边坡全局最小安全系数，并给出其相应的临界滑动面；膨润土边坡坡顶堆载所做的功率WQ为：WQ＝QωLABr0cosθ0-0.5LAB16式中：Q为坡顶堆载，LAB为坡顶处滑动面至坡肩的距离，可表示为

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