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原文传递测定岩质边坡稳定安全系数的方法

专利名称：	测定岩质边坡稳定安全系数的方法
摘要：	本发明公开的是岩质边坡工程领域的一种测定岩质边坡稳定安全系数的方法，包括建立数学模型、研制模型材料、砌筑边坡模型、进行边坡模型综合法试验及计算边坡稳定安全系数等步骤。本发明的改进点在于采用先降低软弱结构面力学参数到一定的倍数，然后保持力学参数不变的情况下，逐步倾斜抬升模型钢架至边坡超载破坏为止的试验方法，再将试验获得的数据代入本发明推导和建立的安全系数评价表达式，从而计算出边坡稳定安全系数。该方式包含了边坡降强和超载这两方面的参数值，可以综合反映出降雨、渗水等情况引起边坡结构面强度弱化与边坡岩体超重导致下滑力增大等多种因素对边坡稳定的不利影响，具有较好的工程应用价值。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
发明人：	邓子谦;徐清;孙晨希;刘勇;闫海兰;赵婉婷;郑红;肖雁鸣;翟仕旭
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T09:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010023062.X
公开号：	CN111189720A
代理机构：	成都虹桥专利事务所(普通合伙)
代理人：	罗明理
分类号：	G01N3/24;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/24
申请人地址：	610072 四川省成都市青羊区浣花北路1号
主权项：	1.测定岩质边坡稳定安全系数的方法，其特征是，包括以下步骤： Ⅰ、建立数学模型：首先降低软弱结构面力学参数K′S倍，然后保持力学参数不变的情况下，逐步倾斜抬升模型钢架至边坡超载破坏为止，由此得到的安全系数称为综合法安全系数KSC，推导得出以下安全评价系数表达式：其中，δ取值0.97～1.0，θ为模型边坡底滑面原始倾角，φ为边坡在超载试验过程中钢架抬升的倾斜角度； Ⅱ、研制模型材料：根据拟研究原型边坡岩体和结构面的物理力学参数，按相似关系换算得到模型材料的物理力学参数，并从力学相似的角度开展材料试验，从而研制出与原型材料相似的模型材料； Ⅲ、砌筑边坡模型：根据拟研究原型边坡的地质剖面图，沿各软弱结构面的产状砌筑边坡模型； Ⅳ、进行边坡模型综合法试验：首先，通过降低软弱结构面的物理力学参数进行边坡降强法试验，待结构面物理力学参数降低到K′S倍数后，保持力学参数不变，再通过液压千斤顶加载的方式，倾斜抬升模型钢架，进行边坡超载试验，直至边坡模型出现失稳破坏为止，并记录下此时模型钢架的倾斜角度φ； Ⅴ、计算边坡稳定安全系数：将步骤Ⅳ得到的试验数据代入到步骤Ⅰ中的安全评价系数表达式，即可得到边坡稳定安全系数。 2.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的方法，其特征是：步骤Ⅰ中的安全评价系数表达式按以下过程进行推导：子步骤1：边坡处于自然状态时，根据抗剪断强度公式，边坡在自然状态下块体的阻滑力R和下滑力T可分别表示为：R＝f′Wy+c′A，T＝Wx，因此，自然状态下边坡的安全系数K为：将Wx＝Wsinθ和Wy＝Wcosθ代入上式中，则边坡稳定安全系数可表示为：上式中：K为自然状态下边坡稳定安全系数；f′为底滑面抗剪断摩擦系数；c′为底滑面抗剪断凝聚力；W为块体自重；Wx和Wy分别为块体自重顺边坡和垂直边坡的分力；A为块体底滑面的单宽接触面积；θ为模型边坡底滑面原始倾角；子步骤2：边坡处于降强失稳极限状态时，在降强法模型试验中，通过升高边坡模型结构面上变温相似材料的温度，逐步降低软弱结构面的力学参数直至边坡出现整体失稳，由此得到的稳定安全系数称为强度储备安全系数KSS；模型破坏时的强度降低倍数K′S用抗剪断强度设计值τm和降强破坏时的抗剪断强度τ′m的比值表示为： K′S＝τm/τ′m (3)，在降强法试验过程中，通过降低软弱结构面抗剪断强度τ(f′,c′)实现力学参数的弱化，当软弱结构面强度降低K′S倍时边坡发生整体失稳，此时失稳极限状态下的边坡安全系数K′＝1，则其稳定安全系数K′可表示为：将式(2)除以式(4)，则得到： KSS＝K＝K′S (5)，由上式可知，边坡失稳时的强度降低倍数K′S可以作为评价边坡模型稳定的安全系数，即模型降强失稳破坏时的强度降低倍数K′S就是强度储备安全系数KSS；子步骤3：边坡处于超载失稳极限状态时，在试验中通过倾斜抬升模型钢架增大边坡底滑面倾角的方法，逐步增加岩体下滑力直至边坡发生整体失稳破坏，由此得到的稳定安全系数称为超载安全系数KSP；根据抗剪断强度公式，边坡在超载试验过程中随钢架倾斜φ角时，块体阻滑力R′和下滑力T′可分别表示为： R′＝f′Wy′+c′A，T′＝Wx′ (6)，上式中：Wx′和Wy′分别为块体在倾斜φ角度时的顺边坡和垂直边坡分力，其中Wy′＝Wcos(θ+φ)；Wx′＝Wsin(θ+φ)，当边坡倾斜φ角度处于超载失稳极限状态时，其稳定安全系数K′＝1，即块体阻滑力与下滑力相等，则稳定安全系数K′可表示为：将式(2)除以(7)可得：式(8)可变换为：令则(9)式简化为：其中，块体自重W可按下式求出：上式中：γ为岩体容重；H为块体裂隙出露点垂直埋深；h为裂隙出露点距底滑面的垂直距离，则δ可表示为：根据系数δ中各参数工程岩体的取值范围进行单一变量试算，通过大量试算发现系数δ的取值在δ＝0.97～1.0≈1.0，偏差率在3％以内，将δ≈1.0代入式(10)，则得到边坡超载安全系数KSP的表达式：由上式可知，边坡超载安全系数KSP就是边坡超载失稳破坏时底滑面极限倾角正切值tan(θ+φ)与天然状态下底滑面倾角正切值tanθ的比值；子步骤4：边坡处于降强和超载后的失稳极限状态时，在综合法试验中，首先是降低软弱结构面力学参数K′S倍数，然后保持力学参数不变的情况下，逐步倾斜抬升模型钢架至边坡超载破坏为止，由此得到的安全系数称为综合法安全系数KSC；在综合法试验中，边坡强度降低K′S倍后再超载倾斜φ角时达到失稳极限状态，其稳定安全系数K′＝1：将式(2)除以式(14)得到：将δ≈1.0代入上式可得： 3.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的方法，其特征是：在步骤Ⅱ中，各类岩体均以重晶石粉为加重料，高标号机油为胶结剂，可熔性高分子材料为掺合料，根据岩类不同，掺入不同量的添加剂，按不同配合比制成混合料，再用压模机及压力机压制成不同尺寸块体备用。 4.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的方法，其特征是：在步骤Ⅲ中砌筑边坡模型时，先在结构面起始高程点处起坡，结合相应的地质剖面图确定软弱结构面的产状，再按照结构面的产状走向及倾斜角度进行砌筑，同时根据结构面上不同区域的力学参数进行软弱结构面及变温相似材料、电阻丝、变温监控系统、位移应变监测系统的制作与安装。
所属类别：	发明专利