專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和滑坡預(yù)測(cè)等工程地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域，尤其是涉及一
種基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法，該方法可滿足邊坡工程監(jiān) 測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)的需要。
背景技術(shù)：
影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多，一般情況下天然邊坡往往處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于后
期周邊環(huán)境變遷、人類(lèi)活動(dòng)等作用打破了其初始應(yīng)力場(chǎng)分布，從而使邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生
改變。通常情況下，滑坡體的產(chǎn)生均會(huì)伴隨著明顯位移，對(duì)此類(lèi)邊坡失穩(wěn)及滑動(dòng)過(guò)程采用
地表位移監(jiān)測(cè)來(lái)判斷邊坡的穩(wěn)定性及滑坡預(yù)測(cè)較為合理。但通過(guò)大量工程滑坡實(shí)例統(tǒng)計(jì)分
析，近30%以上的邊坡失穩(wěn)前，卻并未伴隨明顯變形跡象，換言之，對(duì)此類(lèi)邊坡采用常規(guī)位
移監(jiān)測(cè)具有一定的時(shí)間滯后效應(yīng)，無(wú)法滿足現(xiàn)代工程監(jiān)測(cè)及預(yù)警預(yù)測(cè)的目的。
目前邊坡工程中采用的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括 (1)結(jié)構(gòu)物狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括樁體、錨固體等加固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，監(jiān) 測(cè)的結(jié)構(gòu)物均屬于加固邊坡的構(gòu)筑物，監(jiān)測(cè)結(jié)果僅為結(jié)構(gòu)體的工作狀態(tài)，與邊坡坡體穩(wěn)定 性無(wú)法建立確定的聯(lián)系； (2)坡面位移坡面位移監(jiān)測(cè)對(duì)失穩(wěn)前邊坡產(chǎn)生較大變形的坡體較為有效，可以 根據(jù)監(jiān)測(cè)位移的變化規(guī)律判斷邊坡的滑動(dòng)趨勢(shì)，但是對(duì)失穩(wěn)前變形較小的邊坡無(wú)法得到有 意義的監(jiān)測(cè)結(jié)果，同時(shí)，坡面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)容易受到各種外在因素的影響(如落石等)，導(dǎo)致 較大的監(jiān)測(cè)誤差或無(wú)效監(jiān)測(cè)； (3)坡體內(nèi)位移一般采用多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果與坡面位移一樣，無(wú) 法對(duì)失穩(wěn)前變形較小的邊坡體進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果也可能由于外在因素的影響產(chǎn) 生較大誤差。
同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)邊坡滑動(dòng)產(chǎn)生位移主要是由于邊坡巖土體內(nèi)部局部區(qū)域應(yīng)力應(yīng)
變狀態(tài)的改變而產(chǎn)生，采用位移監(jiān)測(cè)只是通過(guò)表象結(jié)果判斷原因，涉及一個(gè)反演及時(shí)間滯
后過(guò)程，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取難以滿足工程預(yù)測(cè)需要。
邊坡失穩(wěn)主要由下述原因引起 (1)荷載使邊坡下滑力增加的外部荷載所致； (2)地下水及震動(dòng)使邊坡巖土體應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生改變的外部因素； (3)巖土體參數(shù)改變各種不利因素導(dǎo)致巖土體物理力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)
定的改變； (4)原有加固結(jié)構(gòu)局部或全部失效對(duì)于已經(jīng)加固的人工邊坡，尤其是水電等行 業(yè)的高大邊坡，隨著時(shí)間的流逝，風(fēng)化、腐蝕等原因的影響，導(dǎo)致現(xiàn)有加固結(jié)構(gòu)的局部或全 部失效。 將以上影響邊坡穩(wěn)定性的因素的改變，統(tǒng)一定義為廣義荷載的改變，即廣義荷載增加，不利于邊坡穩(wěn)定，反之則有利于邊坡穩(wěn)定。 為實(shí)現(xiàn)邊坡實(shí)時(shí)失穩(wěn)預(yù)測(cè)、判斷滑坡體范圍等目標(biāo)，尤其是針對(duì)失穩(wěn)前變形較小 的邊坡體，運(yùn)用監(jiān)測(cè)邊坡坡體內(nèi)應(yīng)變狀態(tài)(應(yīng)力狀態(tài))的變化速度及變化加速度，適用于及 時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡內(nèi)部巖土體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)信息的改變，是一種更為直接、本質(zhì)及合理的監(jiān)測(cè)手 段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的不足，采用多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)傳感 器監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)某一方向的應(yīng)變靈敏度，根據(jù)應(yīng)變靈敏度的變化規(guī)律判斷邊坡的穩(wěn)定性并確 定邊坡潛在失穩(wěn)范圍。 本發(fā)明目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的 —種基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法，由包括多個(gè)應(yīng) 變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傳感器裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，對(duì)邊坡體內(nèi)的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)傳 感器埋設(shè)于邊坡體內(nèi)，由于其本身剛度較小，對(duì)邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)影響很小，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè) 置于邊坡面上多點(diǎn)應(yīng)變傳感器端頭處。 本方案以彈塑性力學(xué)原理為基礎(chǔ)，分析邊坡巖土體應(yīng)變狀態(tài)的變化規(guī)律。邊坡的
動(dòng)態(tài)特征靈敏度定義為某物理參數(shù)動(dòng)態(tài)特征量的變化率，當(dāng)邊坡中巖土體由彈性階段進(jìn)入
塑性階段時(shí)，多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)傳感器中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變靈敏度發(fā)生突變，通過(guò)
數(shù)據(jù)采集分析，從而達(dá)到判斷邊坡滑坡范圍及評(píng)估其穩(wěn)定程度的目的。監(jiān)測(cè)應(yīng)變靈敏度比
常規(guī)位移監(jiān)測(cè)更為及時(shí)有效、更準(zhǔn)確地反映邊坡巖土體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的變化信息，對(duì)不穩(wěn)
定邊坡的加固時(shí)機(jī)選擇提供科學(xué)指導(dǎo)。 在實(shí)施方式中，給出了兩個(gè)具體的理論推導(dǎo) 結(jié)合推論一，可以監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部塑性區(qū)的部位，即可能的滑動(dòng)面位置。由推論一可 知，在廣義荷載增加過(guò)程中，任何區(qū)域由彈性階段進(jìn)入塑性階段，其應(yīng)變靈敏度將會(huì)明顯增 加。 結(jié)合推論二，可以判斷坡體的穩(wěn)定狀態(tài)。在邊坡局部進(jìn)入塑性階段后，如果廣義荷
載繼續(xù)增加，則應(yīng)變靈敏度的變化速度將急劇增加而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。
應(yīng)變變化監(jiān)測(cè)方法與傳統(tǒng)方法相比其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在 (1)就外在表現(xiàn)而言，坡體內(nèi)部微應(yīng)變狀態(tài)的改變總是先于坡面位移，尤其是對(duì)于 巖體邊坡而言，此時(shí)以實(shí)測(cè)應(yīng)變作為主要判據(jù)顯然優(yōu)于位移判據(jù)。 (2)實(shí)測(cè)應(yīng)變特別是坡體內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)改變的測(cè)定，有利于滑面位置的確定，進(jìn)而 確定滑坡體體積，掌握滑坡規(guī)模，其對(duì)滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及其危害程度的認(rèn)識(shí)具有十分重要 的意義。 (3)坡體內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)的測(cè)試，基本不受坡面落石等外部環(huán)境的影響，在準(zhǔn)確性和 方便性等方面均比內(nèi)部位移測(cè)試優(yōu)越(內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)一般也是以坡面點(diǎn)作為參照系進(jìn)行 量測(cè))。 (4)內(nèi)部應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置不受邊坡當(dāng)前變形狀態(tài)的影響，即使邊坡已經(jīng)發(fā)生一 定的位移，仍然可在此狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。


圖1邊坡的幾何形狀及監(jiān)測(cè)設(shè)備布置簡(jiǎn)圖；
圖2算例邊坡幾何參數(shù)及多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)布置簡(jiǎn)圖； 圖3邊坡土體不同含水量條件下1號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度沿長(zhǎng) 度方向分布情況計(jì)算圖；
圖4邊坡土體不同含水〗
度方向分布情況計(jì)算圖；
圖5邊坡土體不同含水〗
度方向分布情況計(jì)算圖；
圖6邊坡土體不同含水〗
度方向分布情況計(jì)算圖；
圖7邊坡土體不同含水〗
度方向分布情況計(jì)算圖；
圖8坡體內(nèi)部塑性區(qū)擴(kuò)展圖； 圖9多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)峰值點(diǎn)的應(yīng)變靈敏度隨含水量的變化曲線；
圖10多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)峰值點(diǎn)的應(yīng)變加速度隨含水量的變化曲線。
:條件下2號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度沿長(zhǎng) :條件下3號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度沿長(zhǎng)
:條件下4號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度沿長(zhǎng) :條件下5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度沿長(zhǎng)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)
測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖1為邊坡的幾何形狀及監(jiān)測(cè)設(shè)備布置簡(jiǎn)圖，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式 應(yīng)變計(jì)②和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)③組成，對(duì)邊坡坡體①內(nèi)的應(yīng)變變化速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所述多點(diǎn)應(yīng) 變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)②包括多個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)所得的結(jié)果為斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿多點(diǎn)應(yīng)變計(jì) 或分布式應(yīng)變計(jì)布設(shè)方向的應(yīng)變乘以放大系數(shù)后的結(jié)果。 通過(guò)理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)邊坡①在廣義荷載加載過(guò)程中，任何區(qū)域由彈性階段進(jìn)入塑 性階段，其應(yīng)變變化速度即應(yīng)變靈敏度將會(huì)明顯增加；在邊坡①局部進(jìn)入塑性階段后，如果 廣義荷載繼續(xù)增加，則應(yīng)變靈敏度將急劇增加而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。 因此，可采用多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)②監(jiān)測(cè)邊坡①內(nèi)某一方向的應(yīng)變靈敏 度，根據(jù)應(yīng)變靈敏度及其變化加速度判斷邊坡①的塑性區(qū)和潛在的失穩(wěn)范圍，評(píng)估邊坡的 穩(wěn)定性。
(1)基本理論 在單位廣義荷載增量作用下所產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽糠Q(chēng)為應(yīng)變靈敏度g ，彈性階段的
應(yīng)變靈敏度記為^e ，在屈服階段以后的應(yīng)變靈敏度記為g ^ 。
根據(jù)Drucker公設(shè)可得下列推論 推論一 穩(wěn)定材料在比例加載條件下應(yīng)變速度沿任意方向a滿足 證明對(duì)于比例加載情況下的加載過(guò)程，應(yīng)力滿足
o yd o ij > 0 (2)上式表明，應(yīng)力和應(yīng)力增量的符號(hào)相同。因此，不失一般性，下面證明過(guò)程中假定 > 0。對(duì)于o ij < 0情況的證明方法相同。 采用反證法證明如下
空間中任意一點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變可以采用主應(yīng)力和主應(yīng)變進(jìn)行描述。不失一般性， 下面在主應(yīng)力空間對(duì)上述進(jìn)行證明。
由于是比例加載，因此，各應(yīng)變分量之間在變形過(guò)程中始終保持固定的比例不變。 即各主應(yīng)力滿足
d o! : d o 2 : d o 3 = i : b2 : b3 (3) d e: : d e 2 : d e 3 = i : c2 : c3 (4)
設(shè)任意方向a與三個(gè)應(yīng)力主軸的方向余弦分別為l，m，n。則 d o a = d o j2+d o 2m2+d o 3n2 = d o丄(12+B2m2+B3n2) (5) d e a = d e e 2m2+d e 3n2 = d e丄(12+C2m2+C3n2) = kd e丄 (6)
假如加載過(guò)程中存在
<
(7)
(8)
由于do a > 0
因此，《=《—《<0
則氣《<()
對(duì)于穩(wěn)定材料，由Drucker公設(shè)可知
do"X > 0
式(9)和式(10)矛盾，因此，式(7)不成立。因此，必然存在
二
一證畢。
推論二 在進(jìn)入屈服階段后，比例加載條件下穩(wěn)定材料應(yīng)變加速度為單調(diào)遞增函
(9)
(10)
(11)
0
證明由于ey= eP+ee
d^與d0為線性關(guān)系，g" =0 ，因此，推論二等價(jià)于
P》0
采用反證法。 假定材料屈服后，存在
(12)
(13)
(14)
則,=—^7+7/ (15)
式中l(wèi)和n為積分常數(shù)。對(duì)于比例加載情況，這兩個(gè)常數(shù)可結(jié)合初始條件和本 構(gòu)模型進(jìn)行積分。通常情況下l和n為o的函數(shù)，在某一確定時(shí)刻，可以假定i和n
6為常數(shù)，用于求解^P的近似解，即
<formula>formula see original document page 7</formula> 由于《>0，因此，對(duì)于任意的n禾P《，總存在0『當(dāng)o > oNW，^<0。 [OO79] 這表明當(dāng)W >《后，對(duì)于任意的應(yīng)力增量do y > 0， d e p < O，則 dcr"《< 0 (17) 式(17)與Drucker公設(shè)相矛盾，因此式(14)不成立，即
P 2 0
證畢。 由于影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多，因此本文的廣義荷載可以為任何可能引起邊坡 穩(wěn)定性變化的擾動(dòng)，譬如坡面荷載、含水量、原加固錨桿的失效、巖土體的蠕變等。
根據(jù)應(yīng)變靈敏度判斷邊坡的失穩(wěn)范圍并評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。結(jié)合兩個(gè)推論，詳細(xì) 應(yīng)用如下 推論一可用于監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部塑性區(qū)的部位，即可能的滑動(dòng)面位置。由推論一可知， 在廣義荷載增加過(guò)程中，任何區(qū)域由彈性階段進(jìn)入塑性階段，其應(yīng)變靈敏度將會(huì)發(fā)生突變。
推論二用于判斷滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)。在邊坡局部進(jìn)入塑性階段后，如果廣義荷載繼 續(xù)增加，則應(yīng)變靈敏度的變化速度將急劇增加而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。 [OO88] (2)理論的計(jì)算驗(yàn)證 為驗(yàn)證上述理論的正確性以及闡述其在邊坡監(jiān)測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用。以下以土體含水 量的變化為例對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析 對(duì)于一均勻土質(zhì)邊坡，邊坡的幾何參數(shù)如圖2所示。其中，邊坡①的高度為 9000mm，坡腳深度為4500mm。從邊坡①的坡腳向頂部依次平行設(shè)置5個(gè)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布 式應(yīng)變計(jì)②，分別為1 5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)。 土體的彈性模量為10MPa，泊松比為0. 25，干密度為1. 353g/cm3。 土體的屈服準(zhǔn)則 滿足Mohr-Coulomb準(zhǔn)則。土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角隨著含水量的變化而變化，粘聚力和內(nèi) 摩擦角與含水量的變化關(guān)系可表示為 lgc = _caW+cb， lg(J) =-4)aW+(J)b (18) 式中，c為土的粘聚力(kPa);小為內(nèi)摩擦角(度)；W為含水量。式中參數(shù)取為 ca = 3. 6232 ;cb = 2. 3344 ; 4a = 4. 5975 ; 4b = 2. 0134 ; 前述的廣義荷載表示任意引起邊坡穩(wěn)定性變化的因素。本算例分析邊坡的穩(wěn)定性
隨含水量的變化并研究含水量變化過(guò)程中邊坡內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變變化特點(diǎn)。 為此在邊坡內(nèi)安裝的5根水平多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)，每個(gè)應(yīng)變計(jì)內(nèi)設(shè)置120個(gè)監(jiān)測(cè)結(jié)點(diǎn)，應(yīng)
變計(jì)的布設(shè)不改變邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。因此在計(jì)算過(guò)程中，假定多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)的彈性模量與土
相同，直徑為lmm的材料，且與土體完全粘結(jié)。 多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)所得的結(jié)果為應(yīng)變，由于應(yīng)變數(shù)值很小，為數(shù)據(jù)處理和圖形顯示 方便，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)數(shù)值乘以一個(gè)放大系數(shù)。以下計(jì)算中應(yīng)變靈敏度統(tǒng)一為乘以7. 85的 計(jì)算結(jié)果。 隨著含水量的增加，邊坡的粘聚力降低、內(nèi)摩擦角減少，同時(shí)密度增大，這些都不利于邊坡的穩(wěn)定。在含水量增加的過(guò)程中，邊坡內(nèi)部分土體逐步進(jìn)入塑性區(qū)，土體由彈性進(jìn) 入塑性的過(guò)程可由多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)內(nèi)的應(yīng)變變化反應(yīng)出來(lái)。多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)內(nèi)各結(jié)點(diǎn)的應(yīng)變靈敏度 如圖3 圖7所示。由圖可知，應(yīng)變靈敏度在局部區(qū)域內(nèi)增加很大，而絕大部分區(qū)域保持不 變。結(jié)合推論一的理論可知，材料從彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)變靈敏度將發(fā)生明顯的增 加。應(yīng)變靈敏度保持不變的區(qū)域?yàn)閺椥詤^(qū)，而應(yīng)變靈敏度發(fā)生突變的區(qū)域?yàn)樗苄詤^(qū)(應(yīng)變 靈敏度突變的判斷方法由式22確定)。以應(yīng)變靈敏度突變的結(jié)點(diǎn)為界，將5根多點(diǎn)應(yīng)變計(jì) 的應(yīng)變靈敏度突變點(diǎn)連接起來(lái)，即可得到邊坡的塑性擴(kuò)展圖，如圖8所示。圖8表明邊坡的 塑性區(qū)范圍隨含水量的增加而逐步擴(kuò)大，且塑性區(qū)首先在坡腳形成，然后逐步向坡頂發(fā)展。 如果塑性區(qū)從坡底到坡頂貫通，表示邊坡進(jìn)入塑性極限。對(duì)于本算例W = 0. 248情況，塑性 區(qū)接近貫通，此時(shí)，邊坡已接近極限狀態(tài)。采用強(qiáng)度折減法對(duì)W = 0. 248情況的邊坡進(jìn)行穩(wěn) 定性分析，邊坡的安全系數(shù)為1. 02，接近l，這表明本文分析的正確性。
利用應(yīng)變靈敏度可以判斷滑動(dòng)面的位置，為判斷邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)，可采用應(yīng)變靈 敏度的變化率即應(yīng)變加速度進(jìn)行判斷。圖9和圖10分別為多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)峰值點(diǎn)的應(yīng)變靈敏 度和應(yīng)變加速度隨含水量的變化曲線。由圖可知(l)當(dāng)土體處于彈性階段時(shí)，應(yīng)變靈敏度 基本為常數(shù)，應(yīng)變加速度趨向與零；(2)當(dāng)土體由彈性階段進(jìn)入塑性階段，應(yīng)變靈敏度隨廣 義荷載的增加而增加，這與推論一的理論相符；(3)在塑性區(qū)從坡腳到坡頂貫通前，塑性區(qū) 的應(yīng)變靈敏度和應(yīng)變加速度隨廣義荷載的增加而增加，這與推論二的理論相符。但應(yīng)變加 速度基本上為穩(wěn)步增長(zhǎng)狀態(tài)，一旦塑性區(qū)接近貫通時(shí)，所有的多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)的加速度都由逐 步增加轉(zhuǎn)變?yōu)榧眲≡黾?，即加速度的量值發(fā)生突變，此時(shí)可以判斷邊坡已處于臨界狀態(tài)。
根據(jù)上述分析過(guò)程，利用多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，判斷邊坡穩(wěn)定 性狀態(tài)分為以下三個(gè)步驟 (1)分析各多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度的變化情況，根據(jù)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)所對(duì)應(yīng)邊坡塑性 區(qū)位置的形成順序，判斷邊坡的塑性區(qū)是從坡腳到坡頂發(fā)展，還是從坡頂?shù)狡履_發(fā)展。如果 塑性區(qū)從坡腳到坡頂發(fā)展，則重點(diǎn)分析上部多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，如果塑性區(qū)從坡頂?shù)?坡腳發(fā)展，則重點(diǎn)分析下部多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。下面以塑性區(qū)從坡腳到坡頂發(fā)展為例 來(lái)說(shuō)明邊坡穩(wěn)定性的判斷準(zhǔn)則； (2)計(jì)算上部多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度的平均值和方差。即 ^ = — J]《■ (19)
w in2 = (《-f)2 (20) 式中n為一根多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)中的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)。 假定應(yīng)變靈敏度為正態(tài)分布，于是，g的置信度為l-a的預(yù)測(cè)區(qū)間為(匯—a/2，『+S^—a/2) (21) 式中Ul—a/2表示置信度為1-a的雙側(cè)分位數(shù)。 對(duì)于本方法的應(yīng)用，通?？扇 二o.05，則iva/2= 1.96。因此，如果多點(diǎn)應(yīng)力計(jì) 內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)變靈敏度《滿足下式 之.> 1.965, (22)<formula>formula see original document page 9</formula>刻的加速度表示為^. ， (i = 1，2， ，!11)，進(jìn)入塑性區(qū)后的加速度記為^ + 1
假定應(yīng)變加速度為正態(tài)分布，采用與應(yīng)變靈敏度相同的分析方法，當(dāng)下時(shí)成立時(shí)，
可以判斷m+l時(shí)刻應(yīng)變加速度發(fā)生突變，此時(shí)，邊坡進(jìn)入臨界狀態(tài)。 + 1
《<formula>formula see original document page 9</formula>則可以有95%的可信度判斷該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變靈敏度發(fā)生突變，土體進(jìn)入塑性階 (3)在上部多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)所對(duì)應(yīng)的土體進(jìn)入塑性階段后，計(jì)算應(yīng)變靈敏度峰值的位
計(jì)算峰值點(diǎn)的應(yīng)變加速度。在峰值點(diǎn)進(jìn)入塑性前，已經(jīng)測(cè)量了 m個(gè)時(shí)刻，將這些時(shí)
乂
求解前m個(gè)加速度的均值和方差
<formula>formula see original document page 9</formula>
在本算例中，由應(yīng)變靈敏度分析可知，5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)為最后進(jìn)入塑性的應(yīng)變計(jì)。 在計(jì)算的各個(gè)工況中，當(dāng)土體含水量W = 0. 246時(shí)，5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度的均值和標(biāo) 準(zhǔn)差分別為
0120]" 0.873 A = 0.236
0121]而多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)內(nèi)的所有應(yīng)變靈敏度值都小于f+1.96S^ = 1.336 ，因此可以
判斷此時(shí)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域處于彈性狀態(tài)。
0122]當(dāng)土體含水量W = 0. 248時(shí)，應(yīng)變靈敏度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為 0123]廠=1.594 A = 1.007 0124]則f + 1.96^ = 3.5 6 8
0125]通過(guò)比較可知，多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)內(nèi)37《i《47的區(qū)域，《.> 3.5 6 8 ，這表明此時(shí)多
點(diǎn)應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變靈敏度發(fā)生突變，土體進(jìn)入塑性。
0126] 由于5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)位于邊坡上部，下面利用應(yīng)變加速度判斷邊坡的穩(wěn)定性 0127] 當(dāng)土體含水量W二 0.248時(shí)，5號(hào)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度峰值的位置為g^ 。因此 研究該點(diǎn)的應(yīng)變加速度。土體含水量0. 238《W《0. 246范圍內(nèi)峰值點(diǎn)的應(yīng)變加速度的均 值和方差為
= 183.186 = 179.260
當(dāng)土體含水量W = 0. 248時(shí)的應(yīng)變加速度為
^248 = 3 4 7 2 . 4 > F41 + 1.96、" = 534.536
由此可以判斷邊坡的應(yīng)變加速度發(fā)生突變，從而可判斷邊坡進(jìn)入臨界狀態(tài)。
根據(jù)上述方法及過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)邊坡穩(wěn)定狀況、掌握潛在的邊坡滑動(dòng)面位 置及滑坡體體積的目的。
權(quán)利要求
一種基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法，其特征是(1)對(duì)邊坡坡體內(nèi)部多點(diǎn)的應(yīng)變變化狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)變靈敏度變化量、變化速度和變化加速度的監(jiān)測(cè)；(2)在應(yīng)變靈敏度為常數(shù)時(shí)，判斷邊坡巖土體變形處于彈性階段，在應(yīng)變靈敏度發(fā)生突變時(shí)，判斷邊坡巖土體變形由彈性階段進(jìn)入塑性階段；(3)在應(yīng)變靈敏度為穩(wěn)步增長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，判斷塑性區(qū)從坡腳到坡頂尚未完全貫通，在所有的多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變靈敏度都發(fā)生突變時(shí)，可判斷塑性區(qū)接近貫通，邊坡已處于失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方 法，其特征是所述對(duì)邊坡坡體內(nèi)的多點(diǎn)應(yīng)變變化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是在所要監(jiān)測(cè)的邊坡內(nèi)安設(shè)多根水 平或緩傾的多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)，所述每根多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)內(nèi)設(shè)置多個(gè)軸向應(yīng)變監(jiān)測(cè)節(jié) 點(diǎn)，沿長(zhǎng)度方向可監(jiān)測(cè)任意節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變情況；在所述多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)位于邊坡坡面上的端頭處設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方 法，其特征是在不改變邊坡當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的條件下，在邊坡坡體內(nèi)布設(shè)所述多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或 分布式應(yīng)變計(jì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方 法，其特征是所述不改變邊坡當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的條件包括使所述的多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng) 變計(jì)整體剛度與邊坡巖土體同步變形。
全文摘要
一種基于巖土體應(yīng)變狀態(tài)突變的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法，本方法通過(guò)在邊坡坡體內(nèi)設(shè)置多根水平或緩傾的多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)，在埋設(shè)的監(jiān)測(cè)傳感器不改變邊坡自身穩(wěn)定狀態(tài)的前提條件下，監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部沿傳感器布置方向的應(yīng)變靈敏度及應(yīng)變加速度情況，實(shí)現(xiàn)預(yù)警預(yù)測(cè)目的，并根據(jù)多點(diǎn)應(yīng)變計(jì)或分布式應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變靈敏度變化規(guī)律判斷邊坡的塑性區(qū)和潛在失穩(wěn)范圍，并評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。特別是針對(duì)邊坡失穩(wěn)前沒(méi)有明顯變形發(fā)生的坡體，無(wú)法采用目前常規(guī)的位移監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，本方法具有傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)越性，相對(duì)于傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性及滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法而言，是一種更直接、更合理的監(jiān)測(cè)手段。
文檔編號(hào)G01V1/00GK101718876SQ200910237329
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者吳順川, 潘旦光, 高永濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)