(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 202210421045.0 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 江南大学 地址 214000 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大 道1800号 (72)发明人 王龙　徐美娟　李吴刚　杨兰兰　 范雯慧　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 刘红阳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 预应力锚索加固含裂隙膨润土边坡稳定性 分析方法 (57)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。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114722474 A 2022.07.08 CN 114722474 A 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； 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； 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； 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。 2.根据权利要求1所述的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， 步骤S1中， 预应力锚索的布设角度、 高度、 锚固力和间距均可相同也可不同， 锚索均锚 固于滑动面下的土体中； 含裂隙膨润土边坡处于一维竖向稳定渗流条件下且为只有一个坡 角的单阶规则边坡； 膨润土边坡最危险滑动面通过坡趾并与坡顶相交， 且地下水位面位于 坡趾以下且不相交于滑动面； 平 移机构为 直线滑动机构， 旋转机构为对数螺 旋线滑动机构。 3.根据权利要求1所述的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， 步骤S2中， 若 θh>θB， 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；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114722474 A 2若 θh≤θB， 则上部土体重力所做的功率 公式为： 4.根据权利要求3所述的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， 步骤S2中， 若θh>θB， 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： 5.根据权利要求1所述的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， 步骤S3中， 膨润土表 观粘聚力引起的能量 耗散率的 公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114722474 A 3