(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111589824.3 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 申请人 重庆铁发建新高速公路有限公司 (72)发明人 龙云霄　曹新文　刘伟杰　殷柯　 韦俊杰　 (74)专利代理 机构 北京正华智诚专利代理事务 所(普通合伙) 11870 专利代理师 代维凡 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于土质边坡强度折减法的安全系数 确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于土质 边坡强度折减 法的安全系数确定方法， 包括以下步骤： S1： 采集 土质边坡的强度参数， 并计算其最大边坡位移和 最大边坡应变； S2： 根据边坡的最大边坡位移和 最大边坡应变， 确定土质边坡的安全系数。 本发 明克服了以往强度折减法计算不准确且误差较 大的缺点， 以最大剪切应变达到15％～2 0％作为 判定土质边坡的失稳指标， 可以通过监测边坡土 体的失稳指标来预防和预报边坡失稳破坏。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114722560 A 2022.07.08 CN 114722560 A 1.一种基于 土质边坡强度折减法的安全系数确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 采集土质边坡的强度参数， 并计算 其最大边坡位移和最大边坡应 变； S2： 根据边坡的最大边坡位移和最大边坡应 变， 确定土质边坡的安全系数。 2.根据权利要求1所述的基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 计算土质边坡的最大边坡位移和最大边坡应变的具体方法为： 将采集的土 质边坡的强度参数按照设定比例折减， 根据折减的强度参数计算其对应的边坡位移和边坡 应变， 并确定最大边坡位移Smax和最大边坡应 变 εmax。 3.根据权利要求2所述的基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 最大边坡位移Smax的关系式为： 其中， f(·)表示边坡位移函数， Fs表示安全系数， c表示土体的粘聚力， 表示土体的内 摩擦角， E表示土的模量； 最大边坡应 变 εmax的关系式为： 其中， f'(·)表示边坡应变函数。 4.根据权利要求1所述的基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 确定安全系数的具体方法为： 基于最大边坡位移和最大边坡应变， 将折减系 数作为横轴， 将边坡位移或边坡应变作为纵轴， 绘制曲线， 在曲线中， 将折减后的强度参数 位于最大边坡应变εmax的15％的边坡确定为破坏状态， 并根据前一级强度参数确定此边坡 的安全系数。 一般认为最大应变大于等于15％就认为达到破坏状态。 就取相应在级数作为 强度。 5.根据权利要求4所述的基于土质边坡强度折减法的安全系数确定方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 边坡 破坏时对应n级强度参数的粘聚力cn和内摩擦角 的计算公式分别为： cn＝c(1‑f) 其中， f表示 折减系数， c表示土体的粘聚力， 表示土体的内摩擦角。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114722560 A 2一种基于土质边坡强度折减 法的安全系数确定方 法 技术领域 [0001]本发明属于边坡工程技术领域， 具体涉及 一种基于土质边坡 强度折减法的安全系 数确定方法。 背景技术 [0002]在经典土力学中， 使用条分法计算土质边坡的安全系数。 条分法中根据条间的假 设条件又可分为Fellenius法、 BIshop 法、 Janbu法和Morgenstern ‑Price法等， 这些方法直 接计算出边坡的安全系数。 但在数值分析方法中， 数值方法计算得到的边坡单元的应力、 应 变和位移， 不能得出边坡的安全系数， 从而不能判定边坡的稳定状态。 为此， 提出使用强度 折减法进行安全系数的计算。 [0003]由于软件和计算方法不同， 有限元或离散元数值计算软件在采用强度折减法进行 边坡稳定 分析时， 获取边坡 数稳定安全系数的方法不一样， 一般有以下3种判定方法。 (1)数 值计算不收敛： 有限元软件在运用强度折减法时， 材料参数通过程序设定变化步长， 实现强 度参数的自动折减。 若当某一级的强度参数在达到软件设定的迭代次数后， 计算得到的力 不平衡系数仍然无法满足软件的默认 值， 则认为边坡已经失稳， 软件计算不收敛。 此级强度 参数的前一级的强度参数对应的折减系数被认 为是安全系数。 (2)位移 突变： 在强度参数不 断递减的情况下， 当模型在某一 强度参数下的计算位移 值较前一 强度参数下计算的位移 值 有较大变化， 表明此时边坡已经发生无限制的相对位移， 位移突变， 边坡出现失稳。 此时突 变点对应的强度折减速参数可以作为边坡的抗滑稳定安全系数。 (3)塑性屈服区贯通： 当土 体出现逐渐出现塑性应变， 表明土体出现了不可恢复的残余变形， 土体应力状态超出强度 屈服准则， 意味着土体出现破坏， 随着强度参数 的不断降低， 塑性区逐渐贯通， 此时意味着 边坡出现失稳。 [0004]在采用判定方法一的软件中， 数值计算不收敛是以通常指定一定的迭代次数， 当 计算的迭代次数超过指定的迭代 次数时， 力不平衡系 数仍然无法满足程序默认值， 就认为 边坡失稳， 但实际情况是， 若增加迭代次数， 力不平衡系数又有 可能满足程序默认值。 因此， 安全系数的大小一定程度上依赖于指定的迭代次数， 并不能完全反 映边坡的破坏情况。 另 外， 力不平衡系数是计算过程中衡量收敛程度的人为参数， 可以随着人为的假定， 并不是数 值模型一个特定的指标， 随意性较大。 比如 有的模型计算时力不平衡系数可以定为 1e‑5， 也 可以定为1e ‑7， 力不平衡系数越小， 说明迭代收敛越精确。 在采用判定方法二的软件中， 位 移突变时， 往往计算得到的位移已经超过实际工程中位移的大小， 给人不真实的感觉。 在采 用判定方法三的软件中， 塑性屈服区贯通时， 位移已经很大， 局部位移已经超过实际工程不 可能产生的位移。 发明内容 [0005]本发明的目的是为了解决上述问题， 提出了一种基于土质边坡强度折减法的安全 系数确定方法。说　明　书 1/4 页 3 CN 114722560 A 3