一種降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種邊坡安全性動(dòng)態(tài)評價(jià)方法，尤其是涉及一種降雨條件下土質(zhì)邊坡 安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國是世界上滑坡最嚴(yán)重的國家之一。僅在2006~2011年的6年間全國共發(fā)生 滑坡157927起。近年來，中國每年因滑坡災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失都在10億美元以上。2009 年全國僅特大型和大型滑坡災(zāi)害共發(fā)生16起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到1. 9億元人民幣；2011年 死亡、失蹤10人以上或直接經(jīng)濟(jì)損失1億元以上的重大滑坡災(zāi)害發(fā)生7起，直接經(jīng)濟(jì)損失 5. 99億元人民幣?；聻?zāi)害不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重危害人民的生命安全。降雨 條件下土質(zhì)滑坡是滑坡中分布最為廣泛、規(guī)模大、暴發(fā)頻率高、突發(fā)性強(qiáng)和持續(xù)危害性較大 的一類致災(zāi)體。我國面臨的此類型滑坡災(zāi)害非常嚴(yán)峻，對滑坡災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)、合理的評價(jià)、 預(yù)測、管理和控制是十分必要。如何對降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)，切 實(shí)保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，是我國當(dāng)前面臨的一個(gè)重要課題。
[0003] 目前，國內(nèi)外對土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的評價(jià)方法進(jìn)行了一些相關(guān)研究：在邊坡安全 性評價(jià)方法上，一般采用GE0-SL0PE的SIGMA/W模塊等非耦合的二維有限元或剛體極限平 衡法（傳統(tǒng)簡化畢肖普法、傳遞系數(shù)法），以及采用考慮動(dòng)水壓力的邊坡條分計(jì)算方法和滑 裂面為折線形的浸水邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法，以及采用彈塑性有限元強(qiáng)度折減法。不過，國內(nèi)外 這些研究成果大部分屬于靜態(tài)評價(jià)方法，無法真正考慮研究對象的時(shí)空變化問題，亦即無 法真正實(shí)現(xiàn)邊坡險(xiǎn)情的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)。所以，研發(fā)一種更合理的定量化而預(yù)警預(yù)報(bào)更方便 的邊坡安全性的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法顯得尤為緊迫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種更合理的定量 化而且預(yù)警預(yù)報(bào)更方便的降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0007] 1)對邊坡坡體的巖土鉆孔取芯，通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取土體的滲透系數(shù)和吸力，擬合 土體的流變模型AEra=At^aiqrXt-At)m，得到常數(shù)a^nun的數(shù)值，式中，AEra為懦變 增量，q為剪應(yīng)力，△t為時(shí)間增量；
[0008] 2)根據(jù)步驟1)得到的結(jié)果，采用考慮降雨和非飽和土耦合作用的三維粘彈塑性 有限元的強(qiáng)度折減法，確定降雨條件下邊坡的最大潛在破壞趨勢面；
[0009] 3)在最大潛在破壞趨勢面對應(yīng)的地表上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，在監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)采集降雨 工況，并實(shí)時(shí)監(jiān)測點(diǎn)土體的位移和變形，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程客戶端；
[0010] 4)遠(yuǎn)程客戶端接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式化處理；
[0011] 5)根據(jù)步驟4)得到的數(shù)據(jù)，更新流變模型Ae-=AtM1Cfa-At)m中常數(shù)ai、 m、n的數(shù)值，獲取降雨及干濕循環(huán)作用下邊坡的長期流變模型；
[0012] 6)根據(jù)步驟5)獲取的模型，采用三維粘彈塑性有限元的強(qiáng)度折減法，計(jì)算實(shí)時(shí)降 雨工況下的土質(zhì)邊坡的安全系數(shù)；
[0013] 7)根據(jù)步驟6)獲取的安全系數(shù)，對降雨條件下土質(zhì)邊坡的安全性態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評 價(jià)。
[0014] 所述步驟1)中，土體的滲透系數(shù)和吸力通過非飽和土的室內(nèi)滲透試驗(yàn)獲得，土體 的流變模型AEra=At 通過三軸流變試驗(yàn)獲得。
[0015] 所述的步驟2)和步驟6)中，三維粘彈塑性有限元的強(qiáng)度折減法具體包括以下步 驟：
[0016] 01)確定折減系數(shù)的初始值Fs。、巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中的巖土體的粘聚力初始值 C。和巖土體的內(nèi)摩擦角的初始值PO;
[0017] 02)對巖土體的粘聚力和巖土體的內(nèi)摩擦角進(jìn)行折減，折減算式如下
[0018] Ci=CilA7si
[0019]
[0020] 式中，C1i和C身別為土體經(jīng)第i-1次和第i次折減后的粘結(jié)力，U卩鶴分別為 土體經(jīng)第i-1次和第i次折減后的摩擦角，F(xiàn)si為第i次的折減系數(shù)；
[0021] 03)對(^和只進(jìn)行有限元穩(wěn)定性計(jì)算，若結(jié)果收斂，則令i值加1，設(shè)定Fsi并回到 步驟02)進(jìn)行迭代計(jì)算，若結(jié)果不收斂，則當(dāng)前Fsi為邊坡的臨界安全系數(shù)；
[0022] 04)使用三維粘彈塑性有限元強(qiáng)度折減法，采用Fsi和土體的流變模型Ae-= At?aY(t-At)m，對C。和Pc進(jìn)行強(qiáng)度折減計(jì)算，得到Cp?和％。
[0023] 所述的步驟2)中，進(jìn)行強(qiáng)度折減計(jì)算后，獲取臨界破壞的邊坡的粘塑性變形值， 將粘塑性變形值排在前95%~100%的點(diǎn)連成帶狀區(qū)域作為滑帶，作為降雨條件下邊坡的 最大潛在破壞趨勢區(qū)。
[0024] 所述的步驟3)中，使用數(shù)字式雨量遠(yuǎn)程監(jiān)測站采集降雨工況。
[0025] 所述的步驟3)中，使用全站儀對監(jiān)測點(diǎn)土體的位移和變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0026] 所述的步驟3)中，監(jiān)測點(diǎn)將土體位移和變形數(shù)據(jù)通過光纖電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集 站，數(shù)據(jù)采集站以移動(dòng)信號的方式通過物聯(lián)網(wǎng)的虛擬IP技術(shù)將接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng) 傳輸?shù)竭h(yuǎn)程客戶端。
[0027] 所述的步驟5)中，所述的長期流變模型的參數(shù)采用正反分析方法獲取。
[0028] 所述的步驟6)中，實(shí)時(shí)降雨工況下的土質(zhì)邊坡的安全系數(shù)采用三維粘彈塑性有 限元的強(qiáng)度折減法計(jì)算獲得。
[0029] 所述的步驟7)中，對邊坡的安全性態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評價(jià)具體為：降雨時(shí)及雨停后2~ 6天內(nèi)，每0. 5~2小時(shí)進(jìn)行一次評價(jià)，當(dāng)安全系數(shù)大于或等于1. 05時(shí)，土質(zhì)邊坡為安全的， 當(dāng)安全系數(shù)小于1. 05時(shí)，土質(zhì)邊坡為不安全。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1)依據(jù)現(xiàn)場鉆孔取芯、非飽和土的室內(nèi)滲透試驗(yàn)，獲取土體的滲透系數(shù)和吸力，通 過三軸流變試驗(yàn)擬合土體的流變模型，采用考慮降雨和非飽和土耦合作用的三維粘彈塑性 有限元的強(qiáng)度折減法數(shù)值模擬技術(shù)，確定降雨條件下邊坡的最大潛在破壞趨勢面地表上的 監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)選址合理有據(jù)，從而提高了降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià) 的精度和可靠度。
[0032] 2)在現(xiàn)場設(shè)置數(shù)字式雨量遠(yuǎn)程監(jiān)測站，利用物聯(lián)網(wǎng)虛擬IP技術(shù)，實(shí)時(shí)采集邊坡的 降雨工況，從而進(jìn)一步提高降雨條件下土質(zhì)邊坡失穩(wěn)破壞險(xiǎn)情的預(yù)警預(yù)報(bào)精度。
[0033] 3)基于采集的實(shí)時(shí)降雨工況和位移等現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用正反分析方法，獲取降 雨及干濕循環(huán)作用下邊坡的長期流變模型的計(jì)算參數(shù)，真正考慮了研究對象的時(shí)空變化問 題。
[0034] 4)基于實(shí)測數(shù)據(jù)的正反分析計(jì)算獲取的降雨及干濕循環(huán)作用下邊坡的長期流變 模型的計(jì)算參數(shù)，采用三維粘彈塑性有限元的強(qiáng)度折減法，計(jì)算實(shí)時(shí)降雨工況下的土質(zhì)邊 坡的安全系數(shù)，對邊坡的安全性態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評價(jià)，具有更合理的定量化而且預(yù)警預(yù)報(bào)更方 便的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0037] 實(shí)施例
[0038] 如圖1所示，一種降雨條件下土質(zhì)邊坡安全性態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)評價(jià)方法，包括以下 步驟：
[0039] 步驟S1，通過邊坡坡體的現(xiàn)場鉆孔取芯，進(jìn)行非飽和土的室內(nèi)滲透試驗(yàn)獲取土體 的滲透系數(shù)和吸力，以及通過土體的三軸流變試驗(yàn)擬合土體的流變模型，具體包括以下步 驟：
[0040] S101，在邊坡坡體現(xiàn)場鉆孔取芯，獲得非飽和的巖土土樣。
[0041] S102,通過非飽和土的室內(nèi)滲透試驗(yàn)，獲取土體的滲透系數(shù)KW、KWS (心和Kws分別為 土體非飽和滲透系數(shù)和飽和滲透系數(shù)）和吸力（Ua- Uw) (Ua為土體孔隙氣壓力，UwS土體孔 隙水壓力）。
[0042] S103,使用土體三軸流變實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行土體的三軸流變試驗(yàn)，擬合土體的流變模型 AeOT=At^aiqnU-At)'得到式中常數(shù)apirun的數(shù)值，式中，AEra為懦變增量，q為 剪應(yīng)力，At為時(shí)間增量。
[0043] 步驟S2,基于步驟Sl室內(nèi)試驗(yàn)獲取的計(jì)算參數(shù)，采用考慮降雨和非飽和土耦合作 用的三維粘彈塑性有限元的強(qiáng)度折減法數(shù)值模擬手段，確定降雨條件下邊坡的最大潛在破 壞趨勢面地表上的監(jiān)測點(diǎn)，具體包括以下步驟：
[0044] S201，通過經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)確定折減系數(shù)的初始值Fs。