(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 202210811745.0 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 孟祥海　魏鹏儒　张明扬　张瑜荣　 阿格交力·沙丁　郑敏　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 岳昕 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06Q 10/06(2012.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化 方法 (57)摘要 一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化 方法， 本发 明涉及基于边坡 稳定性的山区公路线 位优化方法。 本发明目的是为了解决目前山区公 路优化方法并未充分考虑边坡路段对山区公路 线位优化的影 响， 致使山区公路边坡路段的滑坡 风险高， 使用寿命低， 维修频率高， 易发生交通事 故， 且缺少一种综合化的山区公路线位优化方法 的问题。 过程为： 1： 确定边坡和山区公路横断面 几何参数； 2： 得到网格化的模型； 3： 确定边坡的 物理力学参数； 4： 对网格化的模型进行弹性计 算； 5： 计算模型的动能与弹性剪切应变能； 6： 计 算动剪比； 7： 重复1至6， 直至取遍公路横断面嵌 入边坡深度的所有数值； 8： 确定合理的嵌入深 度。 本发明用于山区公路 设计领域。 权利要求书7页 说明书15页 附图3页 CN 115168953 A 2022.10.11 CN 115168953 A 1.一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特 征在于： 所述方法具体过程 为： 步骤1： 确定边坡和山区公路横断面几何参数； 步骤2： 基于步骤1中的几何参数， 确定边坡与公路横断面的数值计算模型控制点坐标， 建立三维计算模型， 确定网格划分数量， 得到网格化的模型； 步骤3： 确定边坡的物理力学参数； 步骤4： 基于步骤2和步骤3， 将网格化的模型导入FLAC  3D软件， 对网格化的模型赋值、 设置边界条件并施加重力场进行弹性计算， 得到地应力平衡后的三维数值计算模型； 步骤5： 在FLAC  3D软件中采用强度折减法， 对地应力平衡后的三维数值计算模型参数 中的粘聚力和内摩擦角进行强度折减， 同时设置收敛精度 条件为1×10‑5， 对每次折减计算 收敛后的三维网格数值计算模型进行自动保存， 直至数值计算不收敛为止， 计算并提取最 后一次折减计算收敛后三维网格数值计算模型的动能与弹性剪切应 变能； 步骤6： 基于最后一次计算收敛后模型的动能与弹性剪切应变能数值， 计算 “动剪比”系 数； 步骤7： 改变公路横断面嵌入边坡深度的数值， 重复步骤1至步骤6的过程， 直至取遍公 路横断面嵌入边坡深度的所有数值； 步骤8： 对比分析不同公路横断面嵌入边坡深度的 “动剪比”系数， 以“动剪比”系数小于 0.2为标准， 确定合理的嵌入深度。 2.根据权利要求1所述一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特征在于： 所 述步骤1中确定边坡和山区公路横断面几何参数； 具体过程 为： 几何参数包括边坡相对高度b、 边坡坡度α、 路堤填方坡度β、 公路横 断面宽度s、 公路横 断面嵌入边坡深度a， 0 ≤a≤s； 其中公路横断面宽度s和公路横断面嵌入边坡深度a为整数； 基于边坡 坡度α 确定未作处 理的边坡； 基于路堤填方坡度β 确定公路 路堤； 基于边坡相对高度b确定未作处 理的边坡、 公路 路堤、 公路 路面、 公路 路堑； 沿未作处 理的边坡段 前端向前延长 30m， 形成第一平台段； 在第一平台段的最前端向下延长20m， 形成稳定基岩段； 从稳定基岩段最底端向右延长L， 形成数值计算模型的底部边界； 从底部边界最右端向上垂直延长至边坡最高的位置， 形成数值计算模型的右侧边界， 右侧边界最顶端与公路 路堑最顶端形成了第二平台段； 与数值计算模型的底部边界对应的顶部从左到右依次为： 第一平台段、 未作处理的边 坡、 公路路堤、 公路 路面、 公路 路堑、 第二平台段。 3.根据权利要求2所述一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特征在于： 所 述步骤2中基于步骤1中的几何参数， 确定边坡与公路横断面的数值计算模型控制点坐标， 建立三维计算模型， 确定网格划分数量， 得到网格化的三 维网格数值计算模型； 具体过程如 下： 步骤21、 基于几何参数， 在XZ平面内确定数值计算模型的平面控制点 坐标及其表达式； 步骤22、 基于XZ平面内控制点形成的平面， 沿Y轴方向拓展1m， 形成三维数值计算模型； 步骤23： 进行三维数值计算模型的网格划分。权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115168953 A 24.根据权利要求3所述一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特征在于： 所 述步骤21中基于几何参数， 在XZ平面内确定数值计算模型的平面控制点坐标及其表达式； 具体过程 为： 在XZ平面内， 将数值计算模型底部边界最左端设置为控制点O， 数值计算模型底部边界 最右端设置为控制点H， 稳定基岩段最底端设置为控制点O， 稳定基岩段最顶端设置为控制 点A， 第一平台段最左端设置为控制点A， 第一平台段最右端设置为控制点B， 未作处理的边 坡最底端设置为控制点B， 未作处理的边坡最顶端设置为控制点C， 公路路堤最底端设置为 控制点C， 公路路堤最顶端设置为控制点D， 公路路面最左端设置为控制点D， 公路路面最右 端设置为控制点E， 公路路堑最底端设置为控制点E， 公路路堑最顶端设置为控制点F， 第二 平台段最左端设置为控制点F， 第二平台段最右端设置为控制点G， 右侧边界最顶端设置为 控制点G， 右侧边界最底端设置为控制点H； 其中AB段为第一平台段、 AO段为稳定基岩段、 OH段为数值计算模型的底部边界L、 BC段 为未作处理的边坡、 CD段为公路路堤、 DE段为公路路面、 EF段为公路路堑、 FG段为第二平 台 段、 GH段为数值计算模型的右侧边界； 以控制点O为原点， OA方向为Z轴， OH方向为X轴； 将控制点B 在底部边界的投影点设置为控制点X1； 将控制点C在底部边界的投影点设置为控制点X2； 将控制点D在底部边界的投影点设置为控制点X3； 将控制点E在底部边界的投影点设置为控制点X4； 将控制点F在底部边界的投影点设置为控制点X5； 将控制点G在底部边界的投影点设置为控制点X6， 控制点X6和控制点H为同一控制点； 将控制点A在右侧边界的投影点设置为控制点Z1； 将控制点B 在右侧边界的投影点设置为控制点Z1； 将控制点C在右侧边界的投影点设置为控制点Z2； 将控制点D在右侧边界的投影点设置为控制点Z3； 将控制点E在右侧边界的投影点设置为控制点Z3； 将控制点F在右侧边界的投影点设置为控制点Z4， 控制点Z4和控制点G为同一控制点； 由几何关系可 得各坐标的表达式如下： X1＝30， X6＝L； Z1＝20， Z4＝20+b。 5.根据权利要求4所述一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特征在于： 所 述步骤22中在XZ平面内基于控制点形成的平面， 沿Y轴方向拓展1m， 形成三维数值计算模 型。 6.根据权利要求5所述一种基于边坡稳定性的山区公路线位优化方法， 其特征在于： 所 述步骤23中进行三维数值计算模型的网格划分， 具体过程 为：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115168953 A 3