基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法.docx

基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法
摘要
岩质边坡稳定性分析一直是地质工程中一个重要的问题。传统的基于切块法和有限元法的稳定性分析方法存在着许多不足，因此需要开发新的稳定性分析方法。本文提出了一种基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法。该方法结合了最优化算法和临界滑动场理论,可以准确且高效地搜索出边坡的临界滑动面。通过实例分析和计算，证明了该方法的有效性和实用性，为岩质边坡稳定性分析提供了一种新的研究思路。
关键词：岩质边坡，稳定性分析，临界滑动场，最优化算法
Abstract
Stabilityanalysisofrockslopeshasalwaysbeenanimportantissueingeologicalengineering.Thetraditionalmethodsbasedontheslicemethodandthefiniteelementmethodhavemanyshortcomings,soitisnecessarytodevelopnewstabilityanalysismethods.Thispaperproposesamethodforsearchingforcriticalslidingsurfacesofrockslopesbasedonthecriticalslidingfield.Themethodcombinesoptimizationalgorithmsandcriticalslidingfieldtheory,whichcanaccuratelyandefficientlysearchforthecriticalslidingsurfaceoftheslope.Throughcaseanalysisandcalculation,itprovestheeffectivenessandpracticalityofthismethod,andprovidesanewresearchideaforthestabilityanalysisofrockslopes.
Keywords:rockslope,stabilityanalysis,criticalslidingfield,optimizationalgorithm
引言
岩质边坡是地质工程中的重要问题之一。在开展地质勘测、建筑工程、矿山工程等领域时，经常会遇到岩质边坡的设计与施工难题。因此，岩质边坡稳定性分析是非常重要且必须的。然而，传统的基于切块法和有限元法的稳定性分析方法存在着许多不足，例如需要较大的计算量，难以处理不规则边界条件等。因此，需要开发新的稳定性分析方法，以提高计算精度和效率。
临界滑动场理论是一种基于能量理论和力学理论的稳定性分析方法，可以准确、高效地搜索出边坡的临界滑动面。最优化算法可以快速地求解最优解，结合临界滑动场理论可以使搜索速度更快，求解更准确。基于此，本文提出了一种基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法并进行了实例分析和计算，证明了该方法的有效性和实用性。
1.岩质边坡临界滑动场理论
临界滑动场是一种新型的岩质边坡稳定性分析方法，它通过建立边坡临界状态下的能量平衡方程和平衡力方程，来求解边坡的临界滑动面和临界滑动力。其核心思想是将边坡稳定分析转化为能量平衡分析和力平衡分析。
以二维三段边坡为例，如图1所示。边坡底部受到平衡荷载q和支持力p的作用，地面为不透水层，边坡上部受到自重的作用，并且在边坡面内存在一些已知的滑动面。通过分析边坡上部的体重，可以得出一些力的平衡条件，如向垂直平面内的分力平衡和向切向方向的分力平衡。同时，考虑边坡上部层内水平的拉力，得到一些能量平衡条件。通过能量平衡方程和力平衡方程，可以得到求解边坡临界滑动场的关键方程式。
图1二维三段边坡示意图
2.岩质边坡临界滑动面搜索方法
在实际应用中，需要通过搜索算法找到满足临界状态下的稳定性要求的最优滑动面。为保证搜索过程能够收敛到最优解，需要选择合适的优化算法。本文基于遗传算法和牛顿迭代算法，提出了一种基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法，其具体步骤如下。
（1）根据边坡初始状态和荷载情况计算临界滑动场的初始状态；
（2）根据当前临界滑动场状态，找出当前的最优滑动面，通过遗传算法对滑动面参数进行优化；
（3）通过牛顿迭代算法对搜索到的最优滑动面参数进行优化，求解临界滑动场和临界滑动力。
在该方法中，遗传算法和牛顿迭代算法的并用，既可以快速找到最优滑动面，又可以保证搜索结果的精度和正确性。
3.实例分析和计算
为了验证该方法的有效性和实用性，选择了一个实际岩质边坡，并进行了实例分析和计算。在实例分析中，首先确定了边坡的初始状态和荷载情况，然后用最优化算法进行了搜索，找到了边坡的临界滑动面和临界滑动力。最后，通过对计算结果的