[发明专利]基于边坡变形破坏机理的临界位移预测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及边坡预测预警技术领域，特别涉及一种基于边坡变形破坏机理的临界位移预测预警方法。

背景技术

边坡预测预警是一个迄今还没有得到很好解决的科学难题，变形破坏的临界位移决定方法还不完善；另外，边坡破坏时，各处的位移值均不相同。对于不同的边坡，其变形机理也不相同。现行的边坡预测预报的临界位移、临界变形速率等，没有指出边坡何处的临界位移及临界变形速率等。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于边坡变形破坏机理的临界位移预测预警方法，针对推移式边坡稳定变形机理、关键块划分、岩土体力学特性与滑面的变形关系以及滑面不同点的演化特征分析的基础上，提出了滑面位移、基于位移现状稳定系数的计算及边坡坡面位移的决定方法，从而实施预测预报。

本发明基于边坡变形破坏机理的临界位移预测预警方法，包括如下步骤：

1、分析边坡的基本形态、特征，试验获得滑面、滑体的基本物理力学参数G、S、m、ρ、C、φ、a₁,a₂,a₃,ξ_N，计算相对应的位移场和应力场，通过应力场决定相对应的稳定系数；

2、将步骤1得到的参数代入公式τ＝Gγ[1+γ^m/S]^ρ，式中τ、γ分别表示材料的剪应力和剪应变，τ、G的单位为MPa或kPa或Pa，S、m和ρ为无单位参数，且-1＜ρ≤0和1+mρ≠0；

临界应力空间τ^peak采用摩尔库伦准则τ^peak＝C+σ_ntanφ，式中C为凝聚力，σ_n为法向应力，C和σ_n的单位为MPa或kPa或Pa，φ为滑面摩擦角；

临界应变空间γ_peak采用公式(γ_peak/a₃)²-((σ_n-a₂)/a₁)^ξN＝1，式中σ_n为法向应力，单位为MPa或kPa或Pa；

临界应力空间与临界应变空间的关系为τ^peak/γ_peak＝G[1-1/(1+mρ)]^ρ，临界应变空间符合公式S+(1+mρ)γ^m_peak＝0；

参数ρ=ρ₀/（1+(ρ₀/ρ_c-1)(σ_n/σ_n^c)^ζ)，式中ρ₀为法向应力σ_n为零值的ρ值，ρ_c为σ_n等于σ_n^c时的ρ值，ζ为常系数；

3、经步骤2获得滑面各点的临界应变空间，计算出滑面各点的位移；

4、经步骤3得到的滑面各点位移，计算出对应应变变化产生的滑面、坡体应力场；至计算出边坡破坏时相对应的应变场和应力场，从而获得滑面破坏时位移值，即边坡破坏时滑面上不同点的位移值；利用滑体的物理力学参数，计算获得坡体、坡面的不同位移值。

利用本发明步骤1提出的稳定系数计算现状稳定系数F_s，其计算方法为边坡发生整体破坏时的位移矢量和S_c-t除以现状临界状态点的位移矢量和S_p-t；存在三个不同方向的稳定系数，X、Y、Z轴三方向的稳定系数分别为F_s-x＝S_c-t^x/S_p-t^x、F_s-y＝S_c-t^y/S_p-t^y、F_s-z＝S_c-t^z/S_p-t^z。