[发明专利]蠕滑型人工边坡稳定性系数与预警判据的确定方法

权利要求书

1.蠕滑型人工边坡稳定性系数与预警判据的确定方法，包括以下步骤：

步骤一：边坡相关数据与起始位移变形量的确定

(1)、边坡相关数据指边坡的开挖形式、坡体范围和边界；坡体范围的确定及监测控制网的布设；

(2)、监测点起始位移变形量S₀的确定：利用监测数据确定边坡开挖形成后起始位移变形量S₀为其不同监测点的平均起始弹性位移量，其中：

S0=1nΣi=1nS0i---(1)]]>

式中：S_0i为不同监测点的起始位移量；n为监测仪器数且为大于3的整数；

步骤二：边坡任意时刻t稳定性系数Ft的确定：根据边坡任意时刻t蠕滑位移变形量监测值S(t)和步骤一所求的起始位移变形量S₀，可确定边坡任意时刻t稳定性系数Ft为：

Ft=S(t)S(t)-S0---(2)]]>

其中，S₀为边坡的起始位移变形量；S(t)为任意时刻t位移变形量；

步骤三：边坡加速变形阶段起始点t_s的稳定性系数F_s确定：

(1)、边坡加速变形阶段起始点t_s的位移量S_s的确定

边坡加速变形阶段起始点t_s的位移量S_s为：

S_s＝S₀+tgθ·(t_s-t₀) (3)

其中，t_s为等速变形阶段的终点，即加速变形阶段的起始点对应的时刻；S_s为等速变形阶段的终点，即加速变形阶段的起始点的位移量；S₀为边坡起始位移变形量；t₀为边坡起始位移变形量S₀对应的时刻；θ为等速变形阶段曲线的切线角θ＝C,C为常量；

(2)、加速变形阶段起始点t_s的稳定性系数F_s确定

边坡加速变形阶段起始点t_s的稳定性系数F_s为：

Fs=SsSs-S0=S0+tgθ(ts-t0)tgθ(ts-t0)=1+S0tgθ(ts-t0)---(4)]]>

步骤四：蠕变型边坡加速变形阶段任意时刻t稳定性系数Ft的确定：

(1)、加速变形阶段任意t时刻的边坡位移量S(t)的确定

边坡加速变形阶段，其任意时刻t的位移变形量S(t)为：

S(t)=Ss+Σi=1m(ti+1-ti)tgθi---(5)]]>

其中：t_i为加速变形阶段的任意时刻；S_s为加速变形阶段的起始点的位移量；θ_i为t_i时刻对应曲线上的切线倾角；

(2)、加速蠕变型滑坡任意时刻t稳定性系数Ft的确定

Ft=S(t)S(t)-S0=Ss+Σi=1m(ti+1-ti)tgθiSs-S0+Σi=1m(ti+1-ti)tgθi---(6)]]>

步骤五：蠕变型边坡稳定性位移预警判据的确定

根据边坡稳定性重要程度和地质条件复杂程度，并依据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002和《水利水电工程边坡设计规范》DL/T5353-2006，综合确定边坡的稳定性安全系数F_cr，再根据式(2)，可确定边坡稳定性位移预警判据为：

S_cr＝F_cr*S₀/(F_cr-1) (7)

步骤六：运用位移预警判据确定蠕变型边坡失稳预警时间，包括：等加速蠕变型滑坡失稳预警时间的确定和变加速蠕变型滑坡失稳预警时间的确定，即完成预警判据的确定；

边坡加速变形阶段S-t曲线切线倾角的变化率的确定：在边坡S-t曲线加速变形阶段，在相当小的单位范围区间内：在S-t曲线可以依次做出等时间段t₁、t₂、t₃......t_k-1、t_cr对应曲线上点的切线倾角θ₁、θ₂、θ₃......θ_k-1、θ_cr，即t_i时刻对应曲线上的切线倾角是θ_i，θ_i≠C，相应的时间间隔为Δt＝t₂-t₁＝t₃-t₂＝....＝t_i+1-t_i＝...,相应的角度间隔为Δθ＝θ₂-θ₁＝θ₃-θ₂＝....＝θ_i+1-θ_i＝...；由此可得，此时S-t曲线上对应单位时间监测点切线倾角变化率为：Δθ_i′为单位时间Δt内S-t曲线切线倾角的变化率；

(1)、等加速蠕变型滑坡失稳预警时间的确定

若所求Δθ₁′＝Δθ₂′＝Δθ′，此时则认为蠕变型曲线加速变形阶段为等加速阶段，即S-t曲线切线倾角θ_i不断增大变化，但其单位时间Δt内所改变的倾角增量是一个定值，对应切线倾角角加速度变化量为零；

分析此蠕变型曲线的等加速阶段，共分为(k-1)个单位时间Δt；则此阶段曲线切线倾角变化为：

90°＝θ_cr＝θ₁+(k-1)Δθ(8)

同时可以获得蠕变型滑坡失稳预警时间：

t_cr＝t₁+(k-1)Δt (9)

令η为曲线切线倾角变化率系数，此时为定值；最终可以获得任意时刻对应蠕变型滑坡稳定系数值：

F_t＝F_s-k_tη(F_s-1) (10)

即得

k_t＝(F_s-F_t)/η(F_s-1) (11)

所以蠕变型滑坡失稳时间为：

tcr=t1+[Fs-Ft(Fs-1)η-1]Δt---(12)]]>

(2)、变加速蠕变型滑坡失稳预警时间的确定

若所求Δθ₁′≠Δθ₂′≠Δθ_i′，则其加速度变形阶段为变加速性质，此时存在角加速度为一定量，则为加加速阶段；通过以上分析，此时蠕变型滑坡失稳预警时间：

t_cr＝t₁+(k-1)Δt (13)

最终任意时刻s-t曲线切线倾角为：

θi=θ1+(ki-1)Δθ1′+(ki-1)(ki-2)2Δθ′′---(14)]]>

则：

即得

所以蠕变型滑坡失稳时间为：