[发明专利]一种基于库水位和位移监测的库岸边坡稳定性测定方法

摘要

本发明属于边坡稳定性检测与边坡灾害监测预警技术领域，特别涉及水库型边坡地质灾害的位移与库水位耦合动力预测参数和稳定性检测方法。本发明根据损伤力学的基本原理，将边坡滑面上的抗滑力及下滑力加载动力参数与边坡位移响应参数进行了有机耦合，并依此提出了测定水库型边坡稳定性的新方法。该方法可有效克服传统极限平衡力学评价法由于确定边坡物理力学参数与边界条件等误差而带来误判或错判，同时又解决了传统位移时序预测方法无法定量描述边坡动力作用机理且无稳定统一失稳判据等问题，并且所采用明确的判据确切表达出边坡在库水位不同阶段的稳定性状态，为边坡预测预报和预警治理提供了有效依据。

主权项

一种基于库水位和位移监测的库岸边坡稳定性测定方法，主要包括以下步骤：第一步：库水位与边坡位移监测点及基准点的选取；第二步：监测设备的布置与安装；第三步：边坡位移与库水位实时监测及实时监测数据处理；第四步：边坡库水位动力增载参数及动力增载序列的确定；第五步：边坡动力增载位移响应参数及位移响应序列的确定；第六步：边坡动力增载位移响应率参数及位移响应率序列的确定；第七步：边坡动力增载位移响应比参数及位移增载响应比序列的确定；第八步：边坡动力增载模量响应比与安全临界动力增载模量响应比判据的确定；第九步：运用边坡动力增载模量响应比对库岸边坡稳定性进行测定与评价；其中，第四步，边坡库水位动力增载参数及动力增载序列的确定方法为：将一定量的库水位变化所引起的饱水坡体在滑面上的下滑力增量及抗滑力变化作为边坡的加载动力因素与参数，对于某一特定边坡，每一年内，由库水位下降引起的对坡体的动力增载相等，用ΔPi表示，其表达式如下：所以，可建立边坡库水位动力增载序列为：其中，h2表示最终浸润线b至初始浸润线a的垂直高度；h3表示最低库水位hb至最终浸润线b的垂直高度；γ为天然重度，γsat为饱和重度,γ'为浮重度θ为滑面倾角，为坡体内摩擦角；Pbi表示第i年份库水位在hb时，坡体受到的下滑动力；Pai表示第i年份库水位在ha时，坡体受到的下滑动力；第五步：边坡动力增载位移响应参数及位移响应序列的确定方法为：在库水位由hai下降到hbi所引起的饱水坡体位移响应为，库水位从hai降至hbi时对应的饱水坡体位移量的差值，用ΔSi表示，其位移序列为：ΔSi＝Sbi‑Sai，    (3)其中，i表示第i监测年份；Sbi、Sai分别表示第i年库水位hb、ha时对应的饱水坡体的位移量；其中Sbi、Sai都可由第三步的监测数据确定；第六步：边坡动力增载位移响应率参数及位移响应率序列的确定方法为：根据饱水坡体在滑面上下滑力及抗滑力的变化及由此引起坡体位移量或位移速率的变化量，可确定任意单位统计分析周期内坡体由库水位动力变化引起的边坡位移响应率，即单位动力增载变化所引起的边坡位移量或位移速率的变化量，即Yi=ΔSiΔPi,---(4)]]>其中，Yi为第i年由库水位下降引起的边坡动力增载位移响应率；ΔPi、ΔSi与第五步参数意义相同；第七步，边坡动力增载位移响应比参数及位移增载响应比序列的确定方法为：将坡体任意单位统计分析周期从第二周期算起的动力增载位移响应率与相邻前一单位统计分析周期的动力增载位移响应率之比定义为边坡动力增载位移响应比，用ηi表示，则ηi＝Yi/Yi‑1，     (5)ηi表示第i年由库水位下降引起的坡体动力增载位移响应比，Yi表示第i年由库水位下降引起的坡体动力增载位移响应率；Yi‑1表示相邻前一年即第i‑1年由库水位下降引起的坡体动力增载位移响应率；第八步，边坡动力增载模量响应比与安全临界动力增载模量响应比判据的确定步骤为：(1)动力增载模量响应比为边坡任意预测周期的动力增载位移响应比的倒数，即动力增载模量响应比为：ξi=1ηi,---(6)]]>ξi表示第i年由库水位下降引起的坡体动力增载模量响应比；ηi表示第i年由库水位下降引起的坡体动力增载位移响应比；(2)边坡动力增载模量响应比与边坡的稳定性系数关系的确定根据损伤力学基本原理，边坡坡体的损伤模量Di与动力增载模量响应比ξi在刻画和评价材料的损伤破坏规律时具有以下定量关系：Di＝1‑ξi；因此，根据边坡坡体的损伤模量Di与边坡稳定性系数Ki的关系Ki＝1/Di，可确定边坡动力增载模量响应比与边坡的稳定性系数存在如下定量关系Ki为任意预测周期对应的稳定性系数；(3)边坡安全临界动力增载模量响应比判据的确定根据边坡的稳定性安全系数Kcr可确定边坡的安全临界动力增载模量响应比判据，即其中，边坡的稳定性安全系数可依据边坡稳定性重要程度和边坡地质条件复杂程度及《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；第九步，运用动力增载模量响应比库岸对边坡稳定性进行测定与评价，即通过对任意年份从第二预测周期算起的动力增载模量响应比ξi与边坡的安全动力增载模量响应比ξcr比较，可对水库型边坡进行稳定性进行监测与评价，即当ξi>ξcr时，则判定边坡处于稳定状态；当ξi<ξcr时，则判定边坡处于不稳定状态，表明边坡应该及时采取治理措施以防止整体滑移。