[发明专利]一种冻融型滑坡安全性分析及运动距离测算方法

摘要

一种冻融型滑坡安全性分析及运动距离测算方法属于地质灾害防治安全技术领域。本发明包含两大计算模块，分别为安全性计算模块和运动距离计算模块，建立刚性块体模型，计算安全系数，确定临界温度，温度超过临界温度，滑坡失稳。对上述已失稳的滑坡划分墙体单元和条块单元，计算滑坡运动过程中的速度和距离。本发明可在1:10000冻土调查区图幅范围内根据温度变化对冻融型滑坡的安全性进行快速评价，评价效率优于数值模拟评价方法70％。同时，可根据以上算法对滑坡可能运动的范围进行测算。

主权项

1.一种基于冻融型滑坡安全性分析的运动距离测算方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1，获取待预测空间的基础地形、地质参数、温度参数、河流水系参数，滑坡点和未发生滑坡点位置参数；步骤2，建立刚性块体模型，计算安全系数，确定临界温度，温度超过临界温度，滑坡失稳；步骤2具体包括：2.1)建立刚性块体滑坡模型；2.2)计算未融化状态下滑坡模型的安全系数，具体计算公式如下：Fs＝Wcosαtanφ/Wsinα＝tanφ/tanα其中：Fs：滑坡模型的安全系数；W：滑坡模型的重量；φ：内摩擦角；α：斜坡倾角；2.3)计算已融化状态下滑坡模型的力平衡公式，具体计算公式如下：Pw+W sinα＝W cosαtanφ其中：Pw：孔隙水压力；2.4)，在计算机上根据公式：Mw＝a|K|‑b获得含水量与温度之间关系；其中：Mw：含水量；a、b：与土质有关的经验常数，根据该地区冻土未冻水含量随温度变化的试验曲线获得；K：负温；2.5)计算含水量与孔隙水压力关系：其中：Mw：含水量；γw：水的重度；γ：滑体的重度；m：水占的比例；获得融化状态滑坡临界温度与未融化状态滑坡安全系数关系，通过临界温度判断是否处于失稳状态，具体计算公式如下：步骤3，对上述已失稳的滑坡划分墙体单元和条块单元，计算滑坡运动过程中的速度和距离；步骤3具体包括：3.1)将刚性块体滑坡模型划分成墙体单元和条块单元，其中，墙体单元为无厚度单元；3.2)按下式计算墙体单元所受土压力P；其中：Ki：第i墙体单元侧向压力系数，流体取1.0；非流体时与切向应变增量ε相关，详见步骤3.8；Hi：第i墙体单元的高度；与墙体和条块单元高度、位移相关的梯度；3.3)选用摩擦型流变基底阻力模型，获得摩阻力T；T＝γHi cosα(1‑ru)tanφ其中：ru：孔隙水压力系数；3.4)计算墙体单元所受合力F；F＝γHi sinα+P‑T3.5)计算墙体单元速度V；其中：Vi、Vi'：第i墙体单元新、旧速度；Δt：时间步长；g：重力加速度；3.6)计算墙体、条块单元位移S、s；其中：Si、Si'：第i墙体单元新、旧位移；Si+1：第i+1墙体单元新位移；sj：第j条块单元位移；3.7)计算条块、墙体单元的高度h、H；其中：Dj：第j条块单元体积；hj‑1、hj：第j‑1、第j条块单元高度；Hi：第i墙体单元高度；3.8)计算墙体单元、条块单元的刚度；(3.8.1)首先获得第j条块单元的切向应变增量εj，如下式：其中：εj：第j条块单元的切向应变增量；(3.8.2)计算获得主、被动土压力系数kai、kpi如下式：其中：δi：第i墙体单元底部摩擦角；kai：第i墙体单元主动土压力系数；kpi：第i墙体单元被动土压力系数；(3.8.3)计算刚度系数ks当εj≥0时，即延展状态，ks＝40(kai‑kpi)当εj<0时，即压缩状态，ks＝20(kai‑kpi)(3.8.4)计算条块单元刚度kkj＝kj'+ksεj其中：kj、kj'：第j条块单元新、旧刚度；ks：计算刚度系数；(3.8.5)计算墙体、条块单元的高度、位移相关梯度与墙体侧压力系数之间的乘积代入3.2)计算墙体单元所受土压力P；其中：kj‑1：第j‑1条块单元新刚度；sj‑1：第j‑1条块单元位移。