[发明专利]一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理运动学分析领域，特别涉及一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法。

背景技术

目前有多种滑坡体下滑后运动速度的方法，如理论计算方法与反演计算法及间接测定法等。后两种方法计算所得是老滑坡的滑速值，可以在滑坡的运动评价预测中作为类比的依据，在此简单的对理论计算方法作一介绍。

理论计算法中具有代表性的是能量法、谢德格尔法、科内尔法：

(1)能量法是根据能量守恒原理，按照如图1的模型，导出滑块沿滑面下滑S距离(平距L)后的滑速Vs为：

式中：α-滑面倾角(沿滑动方向)(°)；

W-滑体单宽重量(kN/m)；

f、c-滑动时滑面抗剪强度参数，f为内摩擦系数，c为内聚力(kN/m³)；

H-滑体质心落差(m)；

l-滑块与滑面接触长(沿滑动方向)(m)；

如不考虑c，则可简化为：

当滑面为非平面时，可取α、f的平均值作近似计算。

(2)谢德格尔法(A.E.Scheidegger，1978)：考虑了滑坡体积效应。谢德格尔根据33个滑坡的调查资料发现，滑坡体积与等价摩擦系数(滑坡断壁冠与趾尖连线的斜率f_e，又称为架空坡斜率A.Heim，1932)在对数坐标上呈直线关系。两者关系的经验式为：

lgf_e＝αlgV+b

式中：V为体积；a＝0.15666；b＝0.6219。

根据V求出fe后按下式计算滑速：

(3)科内尔法(H.J.Korner，1976)将大型滑坡视为流体，按流体力学方法计算滑速。设定阻力有两个部分，一部分由滑动摩擦组成，另一部分取决于滑动速度的平方：

R₁＝fN

式中：N为法向作用力；N＝ρD_Fcosα(ρ、DF为流体密度和厚度)；ξ为流体紊流系数；

推算得到：

式中：V₀为初速度；

这几种方法中，能量法考虑的滑面或运动路径为直线，其它两种方法考虑的是灾害后的评价且参数不易获取。这些方法在应用上均具有一定局限性，尤其是针对危害性事前预测方面，目前尚无完善的理论计算方法。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷提供一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，滑坡发生破坏后滑坡体可能的运移距离与速度等运动特征关系到滑坡地质灾害可能造成的危害范围及后果，是滑坡评价与治理研究理论界与工程界的热点问题。采用该方法可以准确地计算得到滑坡破坏后滑体的滑动距离与速度等运动特征，计算结果可为滑地质灾害的预测防治中的灾害危害性评价、预警区域设置及防治工程设计等工作提供最直接的数据支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，首先提出如下假设：滑体沿坡面运动，仅受到自身重力与坡面的摩擦阻力作用；滑体为刚塑性块体，仅受到外力作用，不计其内力；滑体在通过坡面的坡度变化转折点处时，一直沿滑坡面运动而不发生跳跃，且不考虑转折处的阻滞作用；据此假设滑坡滑体剪出口下方有n个坡面坡度变化段，任取其中第i段进行分析。

作为优选，分析包括：①由运动学基本理论分析滑体沿折线坡面下滑：

在i-1坡面滑出的坡体具有沿坡面的速度V_i-1，则其在第i段坡面的起始下滑速度为V_i-1沿第i段坡面的切向分量：

V_i0＝cos(|a_i-a_i-1|)·V_i-1 (1)

当其顺第i段坡面下滑时，根据假设条件，滑体受到的下滑力为：

F_ti＝W·sin a_i(2)

式中：W－滑体单宽重量；

α－沿滑动方向滑面倾角；

滑体受到的抗滑力为：

式中：a－沿滑动方向滑面倾角；

W－滑体单宽重量；

c－滑动时滑面抗剪强度参数；