基于潘家铮原理的反倾向层状边坡弯曲倾倒破坏基准面搜索算法

在进行反倾向层状边坡的弯曲倾倒分析时,需要对边坡破坏基准面的位置和形状作一种简单假定;目前常见的假定形式为直线型破坏面,并垂直于岩层层面。从野外观测来看,这种假定的破坏面与实际工程边坡破坏面并不吻合,为提高反倾向层状边坡弯曲倾倒计算的可靠性,提出一种搜索破坏基准面的算法。基于潘家铮最大最小原理,认为边坡破坏基准面(由各个岩层折断面组成)为使边坡发生整体破坏所需外力最小的破坏面。在破坏基准面的搜索过程中,根据岩层的受力分析确定其破坏模式(剪切破坏和弯曲拉裂破坏);然后,依据最后一块岩层发生倾倒破坏的条件确定岩层可能发生破坏的范围,并将可能发生破坏的岩层划分为多个组合,利用极限平衡方法,结合岩层的破坏模式,求出各组岩层发生整体破坏所需的最小外力F;最后,不断变化搜索角,得到一系列F,其中的最小值为边坡发生整体破坏所需的最小外力,对应的破坏面为边坡潜在破坏基准面,相对应的岩层组合为最危险的岩层组合。选用安徽皖南地区的某反倾向板岩边坡作为工程实例进行验证分析,结果表明本文算法所得到的破坏基准面能较好地与实际工程边坡破坏面、文献模拟结果相吻合,进一步说明了本文算法的有效性。

层状反倾边坡弯曲倾倒破坏计算方法探讨

弯曲倾倒破坏是层状反倾边坡一种主要破坏模式,极限平衡分析方法是弯曲倾倒破坏研究中最为常用的方法。首先,在Aydan悬臂梁极限平衡分析模型的基础上,建立考虑岩层上部形状改变、破坏台阶高度和坡脚三角形岩层等影响的弯曲倾倒极限平衡方程;其次,根据岩层的稳定性状态和破坏形式,将基准面以上岩体分为稳定区、倾倒区和滑移区3个部分,并给出分区边界的计算方法;再次,基于极限平衡,提出层状反倾边坡弯曲倾倒破坏基准面的计算方法并编写相应的MATLAB计算程序;最后,通过2个工程实例验证本文所提方法,并进行参数分析。研究表明,破坏基准面与层面法向夹角随切坡角度近线性增大;随岩层厚度的增加而减小;随着切坡角度的增加,边坡破坏模式逐渐由倾倒–滑移破坏转变为倾倒破坏;自然坡度越陡,破坏区的范围越大。