[发明专利]一种土体大变形灾害简化评估方法

说明书

本发明涉及一种土体大变形灾害简化评估方法，包括以下步骤：1)将大变形土体经过的坡体简化为相连的两个平直滑动面；2)利用四分之一椭圆方程式建立大变形土体表面控制函数，作为土体大变形运动过程中的运动构型；3)计算土体大变形运动过程中滑动面摩擦阻力做功W和土体重力势能变化△E，利用质量守恒和能量守恒原理构建简化解析模型，计算土体在第二个滑动面的运动距离，根据运动距离评估灾害严重性。与现有技术相比，本发明提出一种基于能量守恒原理和空间地形特征的土体大变形灾害评估新方法，实现了滑动距离、堆积深度等关键致灾强度参数的高效计算，为土体大变形灾害防治工程设计、灾害管理等提供有力的科学依据。

技术领域

本发明涉及岩土力学、地质灾害防治和地质环境保护技术领域，尤其是涉及一种土体大变形灾害简化评估方法。

背景技术

近年来，在地震、降雨等自然因素和人类活动的综合作用下，地质灾害的发生频率越来越高，对人类生命财产造成的危害也越来越严重。这些地质灾害，如泥石流、高速远程滑坡等，从本质上来说都属于土体大变形破坏问题。由于土体大变形灾害具有突发性强、发生频率高、爆发规模大、运动速度快、成灾范围广等特点，一旦发生会造成毁灭性的灾难，对人民的生命财产安全构成严重的威胁。因此，开展土体大变形灾害评估研究对我国地质灾害防治具有重要意义。

目前针对土体大变形灾害评估的研究方法主要有基于统计分析的经验模型、简化解析模型以及数值模拟模型。其中，基于统计分析的经验模型虽然简单易开展，但由于缺少物理力学原理为理论基础，不能保证评估结果的准确性。数值模拟模型是土体大变形灾害评估的重要研究手段，这类方法多基于精确的物理力学模型和控制方程，虽然计算精度高，但计算难度大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种土体大变形灾害简化评估方法，计算出土体大变形灾害的滑动距离及堆积厚度等致灾强度参数，进而实现对土体大变形灾害的定量评估，可服务于防灾减灾工程规划设计。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种土体大变形灾害简化评估方法8，包括以下步骤：

1)将大变形土体经过的坡体简化为相连的两段平直滑动面；

2)利用四分之一椭圆方程式建立大变形土体表面控制函数，作为土体大变形运动过程中的运动构型：

其中，h和l分别表示任意时刻，四分之一椭圆大变形土体的半长轴和半短轴，h_x表示滑动面坐标轴上距原点l_x处的大变形土体高度；

3)计算土体大变形运动过程中滑动面摩擦阻力做功W和大变形土体重力势能变化△E，利用质量守恒和能量守恒原理构建简化解析模型，计算土体在第二个滑动面的运动距离，根据运动距离评估灾害严重性。

所述的步骤3)包括以下步骤：

31)将土体大变形运动过程分为三个阶段，分别计算三个阶段土体底部所受摩擦阻力做功W₁、W₂、W₃，其中，第一阶段为：土体沿第一滑动面向下运动，直到土体头端运动至两个滑动面的交界处，第二阶段为：土体继续向下运动，直到土体尾端完全离开第一滑动面，第三阶段为：土体沿第二滑动面运动直至停止；

32)计算土体重力势能变化△E，建立能量守恒关系式：

ΔE＝mgΔh＝γH₀L₀Δh (2)

ΔE＝W₁+W₂+W₃ (3)