蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及建立蠕變型人工邊坡穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)方法領(lǐng)域。蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，包括以下步驟：步驟一：邊坡相關(guān)數(shù)據(jù)與起始位移變形量的確定；步驟二：邊坡任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定；步驟三：邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的穩(wěn)定性系數(shù)Fs確定；步驟四：蠕變型邊坡加速變形階段任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定；步驟五：蠕變型邊坡穩(wěn)定性位移預(yù)警判據(jù)的確定；步驟六：運(yùn)用位移預(yù)警判據(jù)確定蠕變型邊坡失穩(wěn)預(yù)警時(shí)間。本發(fā)明方法利用實(shí)際邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)所確定的位移時(shí)序曲線與邊坡定量穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行耦合，尋找出一種通過實(shí)時(shí)位移監(jiān)測曲線便能迅速確定此時(shí)邊坡所處的蠕變階段與邊坡穩(wěn)定系數(shù)值隨時(shí)間演化規(guī)律及其對應(yīng)預(yù)警預(yù)報(bào)時(shí)間的方法。
【專利說明】蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建立蠕變型人工邊坡穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)方法領(lǐng)域，特別涉及基于位移時(shí)序監(jiān)測數(shù)據(jù)，測定該類邊坡非穩(wěn)定蠕滑變形階段對應(yīng)的穩(wěn)定性系數(shù)及其監(jiān)測預(yù)警判據(jù)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)邊坡變形演化失穩(wěn)特征，滑坡可分為突變型滑坡和漸變?nèi)浠突拢渲袧u變?nèi)浠突略谶吰率Х€(wěn)中占有很大的比例，土質(zhì)邊坡、堆積層邊坡、風(fēng)化巖邊坡以及各類軟巖邊坡的失穩(wěn)均屬于漸變?nèi)浠突?，因此，如何科學(xué)有效對該類邊坡進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)及監(jiān)測預(yù)警將具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問題是評(píng)價(jià)方法與穩(wěn)定性判據(jù)。目前，在邊坡穩(wěn)定性預(yù)測與評(píng)價(jià)各種方法中，應(yīng)該說極限平衡力學(xué)評(píng)價(jià)方法和位移監(jiān)測預(yù)測理論一直是邊坡工程評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)和滑坡預(yù)測中所采用的主要方法，并在各類工程實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。極限平衡評(píng)價(jià)方法是建立在邊坡失穩(wěn)機(jī)理與受力條件清晰明確基礎(chǔ)上的力學(xué)評(píng)價(jià)模型，具有明確的失穩(wěn)判據(jù)，即穩(wěn)定系數(shù)等于1，用邊坡實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)是否大于等于1或大于1的程度來判別邊坡是否穩(wěn)定和穩(wěn)定程度。然而，由于蠕滑型邊坡坡體構(gòu)成的極不均一性與結(jié)構(gòu)松散性，給坡體及滑帶的取樣與物理力學(xué)指標(biāo)測試帶來極大的困難與較大的誤差。而且，這一方法的建模特點(diǎn)是首先要查清和確定滑移面，并以此建立滑坡物理模型。因此，該類方法建模的局限和該類邊坡坡體結(jié)構(gòu)的特殊性均給邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)確定與評(píng)價(jià)會(huì)帶來極大的困難。與極限平衡法相比，位移時(shí)序預(yù)測方法是以滑坡位移監(jiān)測為基礎(chǔ)、以位移參數(shù)(位移、位移速率、位移加速率)及其變化作為邊坡穩(wěn)定與否和穩(wěn)定程度的預(yù)測參數(shù)與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。其位移(變形)監(jiān)測以其精度高、易實(shí)施，且反映邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)綜合直觀等優(yōu)點(diǎn)，所以該類方法在某種程度克服了極限平衡力學(xué)法的不足與局限，并已在我國重大工程滑坡區(qū)域得到了廣泛的應(yīng)用且發(fā)揮了重要作用，因此也受到了國內(nèi)外滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)與防治研究領(lǐng)域的高度重視與關(guān)注。特別自日本學(xué)者Saito (1965)首先提出的以位移觀測曲線與蠕變理論為基礎(chǔ)的“齋騰模型”以來，國內(nèi)外學(xué)者先后從不同的角度和運(yùn)用不同的數(shù)學(xué)方法建立了大量的滑坡位移監(jiān)測預(yù)警方法與失穩(wěn)判據(jù)，概括起來主要是對滑坡變形位移規(guī)律及其與穩(wěn)定性關(guān)系的探索與定量評(píng)價(jià)，以此建立各種預(yù)測方法與評(píng)價(jià)模型。
[0004]然而，傳統(tǒng)位移監(jiān)測評(píng)價(jià)方法是以監(jiān)測位移和位移速率及其隨時(shí)間變化作為邊坡是否穩(wěn)定和穩(wěn)定程度的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)，因此該類方法沒有解決上述位移預(yù)測參數(shù)及其變化與邊坡下滑動(dòng)力變化的關(guān)系及演化規(guī)律問題，這就決定了該類預(yù)測模型一般只能解釋滑坡的變形位移過程與規(guī)律，而解釋不了引起滑坡變形與失穩(wěn)的形成機(jī)理與力學(xué)動(dòng)因，因而無法建立完整統(tǒng)一的邊坡失穩(wěn)位移和位移速率判據(jù)，所以也就無法確定邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，因此也無法依據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)對該類邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行及時(shí)的科學(xué)評(píng)價(jià)與防治。
[0005]針對上述問題，本發(fā)明擬基于蠕滑型滑坡變形破壞的特點(diǎn)，以該類滑坡位移監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用損傷力學(xué)和齋藤(Saito)位移預(yù)測方法的基本原理，并將邊坡?lián)p傷變量與其變形位移進(jìn)行有機(jī)的耦合，提出和建立基于邊坡位移時(shí)序曲線測定其穩(wěn)定性系數(shù)的方法，即運(yùn)用位移監(jiān)測手段監(jiān)測和確定傳統(tǒng)極限平衡法的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，以達(dá)到準(zhǔn)確、有效、快速評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性和事半功倍的評(píng)價(jià)效果。因此，建立和確定了一種基于位移監(jiān)測測定邊坡失穩(wěn)時(shí)間與實(shí)時(shí)所處穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測與評(píng)價(jià)方法，并克服上述滑坡預(yù)測評(píng)價(jià)方法存在的不足和局限性，在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、位移監(jiān)測預(yù)警與防治領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述傳統(tǒng)方法的不足，本發(fā)明方法利用實(shí)際邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)所確定的位移時(shí)序曲線與邊坡定量穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行耦合，尋找出一種通過實(shí)時(shí)位移監(jiān)測曲線便能迅速確定此時(shí)邊坡所處的蠕變階段與邊坡穩(wěn)定系數(shù)值隨時(shí)間的演化規(guī)律及其對應(yīng)預(yù)警預(yù)報(bào)時(shí)間的方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:邊坡相關(guān)數(shù)據(jù)與起始位移變形量的確定
[0009]1、坡體范圍的確定及監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)；2、監(jiān)測點(diǎn)起始位移變形量\的確定；
[0010]步驟二:邊坡任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定
[0011]根據(jù)邊坡任意時(shí)刻t蠕滑位移變形量監(jiān)測值S(t)和步驟一所求的起始位移變形量\可確定邊坡任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft為:
[0012]⑵
[0013]其中，S0為邊坡的起始位移變形量；S(t)為任意時(shí)刻t位移變形量。
[0014]步驟三:邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的穩(wěn)定性系數(shù)Fs確定
[0015]步驟四:蠕變型邊坡加速變形階段任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定
[0016]步驟五:蠕變型邊坡穩(wěn)定性位移預(yù)警判據(jù)的確定
[0017]根據(jù)邊坡穩(wěn)定性重要程度和地質(zhì)條件復(fù)雜程度，并依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)和《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)，綜合確定邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)Fra(如Fra=l.3,1.25等)，再根據(jù)式(2)，可確定邊坡穩(wěn)定性位移預(yù)警判據(jù)為:
[0018]Scr = Fcr*S0/(Fcr_l)(7)
[0019]步驟六:運(yùn)用位移預(yù)警判據(jù)確定蠕變型邊坡失穩(wěn)預(yù)警時(shí)間，包括:等加速蠕變型滑坡失穩(wěn)預(yù)警時(shí)間的確定、和變加速蠕變型滑坡失穩(wěn)預(yù)警時(shí)間的確定，即完成預(yù)警判據(jù)的確定。
[0020]邊坡加速變形階段S-t曲線切線傾角的變化率的確定:在邊坡S-t曲線加速變
形階段，在相當(dāng)小的單位范圍區(qū)間內(nèi)^ 在s-t曲線可以依次做出等時(shí)間段t2、
t3......V1、對應(yīng)曲線上點(diǎn)的切線傾角θρ θ2、θ3......Θη、0?，即\時(shí)刻對應(yīng) 曲線上的切線傾角是Θ i ( Θ i # c)，相應(yīng)的時(shí)間間隔為At = t2-t! = t3-t2 =——==...，相應(yīng)的角度間隔為 Δ ^ = θ 2- θ χ = θ3_θ2 =....= θ i+1_ θ i =...。由此可得，此時(shí)s-t曲線上對應(yīng)單位時(shí)間監(jiān)測點(diǎn)切線傾角變化率為:
【權(quán)利要求】
1.蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，包括以下步驟:步驟一:邊坡相關(guān)數(shù)據(jù)與起始位移變形量的確定(1)、坡體范圍的確定及監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)；(2)、監(jiān)測點(diǎn)起始位移變形量\的確定；步驟二:邊坡任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定:根據(jù)邊坡任意時(shí)刻t蠕滑位移變形量監(jiān)測值S (t)和步驟一所求的起始位移變形量\可確定邊坡任意時(shí)刻t穩(wěn)定性系數(shù)Ft為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，其特征在于:步驟一，監(jiān)測點(diǎn)起始位移變形量\的確定方法為:利用監(jiān)測數(shù)據(jù)確定邊坡開挖形成后起始位移變形量\為其不同監(jiān)測點(diǎn)的平均起始彈性位移量，其中:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，其特征在于:步驟三，邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的穩(wěn)定性系數(shù)Fs的確定方法為:(1)、邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的位移量Ss的確定邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的位移量Ss為:Ss = S0+tg θ.(ts-t0)(3)其中，ts為等速變形階段的終點(diǎn)，即加速變形階段的起始點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻；Ss為等速變形階段的終點(diǎn)，即加速變形階段的起始點(diǎn)的位移量為邊坡起始位移變形量為邊坡起始位移變形量\對應(yīng)的時(shí)刻；Θ為等速變形階段曲線的切線角(Θ = C，C為常量)；(2)、加速變形階段起始點(diǎn)ts的穩(wěn)定性系數(shù)Fs確定邊坡加速變形階段起始點(diǎn)ts的穩(wěn)定性系數(shù)Fs為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，其特征在于:步驟四，蠕變型邊坡加速變形階段任意t時(shí)刻穩(wěn)定性系數(shù)Ft的確定方法為:(1)、加速變形階段任意t時(shí)刻的邊坡位移量S(t)的確定邊坡加速變形階段，其任意時(shí)刻t的位移變形量S(t)為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕滑型人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與預(yù)警判據(jù)的確定方法，其特征在于:步驟六，運(yùn)用位移預(yù)警判據(jù)確定蠕變型邊坡失穩(wěn)預(yù)警時(shí)間的方法為:邊坡加速變形階段s-t曲線切線傾角的變化率的確定:在邊坡s-t曲線加速變形階段，在相當(dāng)小的單位范圍區(qū)間內(nèi):# =電0，在s-t曲線可以依次做出等時(shí)間段t2、att3......V1、對應(yīng)曲線上點(diǎn)的切線傾角θρ θ2、θ3......Θη、0?，即\時(shí)刻對應(yīng)曲線上的切線傾角是Θ i ( Θ i古C),相應(yīng)的時(shí)間間隔為Λ t = t2-t! = t3-t2 =——=ti+l_ti =...，相應(yīng)的角度間隔為 = θ 2~ θ J = θ 3- θ 2 =....= θ i+1_ θ J =...Ο由此可得，此時(shí)S-t曲線上對應(yīng)單位時(shí)間監(jiān)測點(diǎn)切線傾角變化率為:Δ<= °2 θ' 、At
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103646181SQ201310710812
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】賀可強(qiáng), 李增濤, 楊德兵, 馬孝云 申請人:青島理工大學(xué)