CN105160165A - 一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于瑞典条分法以及简化应变软化理论的边坡动态稳定性评价方法，属于地质工程技术领域。本发明将边坡竖直条分为n个土块，土块的应变作为参数，根据应变与应力的简化关系，确定土块的应力大小，再基于瑞典条分法，计算边坡的稳定性。本发明考虑了边坡的动态渐进破坏过程，根据破坏过程中土块应变发生变化，从而确定边坡的破坏过程中安全系数的变化情况。本发明原理简单，计算方便，适用于应变软化型边坡的动态稳定性分析。

Description

一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法

技术领域

本发明涉及以一种边坡稳定性分析的评价方法，特别涉及一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法，属于地质工程技术领域。

背景技术

我国是一个山区众多的国家，边坡的不稳定而导致的滑坡会对人民安全以及经济建设造成巨大的损失。正确评价边坡的稳定性，并采取相应的加固措施，能够在很大程度上减少这种损失。对边坡的稳定性进行分析时，主要有条分法和有限元这两种方法，条分法由于概念简单、计算效率高等优点，仍然被广泛使用。

目前，在采用条分法对边坡的稳定性进行分析时，一般没有考虑到土体的应变软化特性。在采用土体应力指标的峰值强度来计算边坡稳定性时，计算结果偏小；在采用残余强度计算边坡稳定性时，计算得到的安全系数又偏大。同时，在采用条分法对边坡进行稳定性分析时，一般很少考虑边坡的动态渐进破坏过程，只是得到一个单一的安全系数。因此，在实际应用过程中，条分法还是具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法，本发明在使用条分法对边坡的稳定性进行分析时，充分考虑了边坡的动态渐进破坏过程，能够得到在破坏过程中一系列安全系数的变化情况；本发明考虑不同土质的软化模量对边坡稳定性的影响。

本发明采用的技术方案，一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法，包括以下步骤：

步骤一：建立数值计算模型，确定边坡的计算参数：边坡几何大小，土体的重度γ，土体应力—应变软化关系中，土体的摩擦角黏聚力的峰值强度c_p，残余强度c_γ，以及峰值强度和残余强度所对应的应变γ_p，γ_γ。

步骤二：将边坡滑体从下到上分为n块，边坡下部发生剪切破坏，边坡上部同时发生拉破坏。

步骤三：边坡下部第1个土块由于应变软化开始发生剪切破坏，此时土块1的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块1的安全系数可表示为：

土块n由于发生拉破坏，黏聚力c和摩擦角都取0，此时土块n的安全系数为0；

其余土块2～n-1均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块2～n-1的安全系数可表示为：

可得此时边坡整体的安全系数。

步骤四：边坡下部第1个土块的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1的安全系数表示为

土块2的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块2的安全系数可表示为：

土块n和土块n-1此时均发生拉破坏，土块n和土块n-1的安全系数均为0；

其余土块3～n-2均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块3～n-2的安全系数可表示为：

可得此时破坏后边坡的安全系数。

步骤五：根据边坡动态渐进破坏过程，边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展。

重复步骤四，边坡下部土块1和土块2的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1和土块2的安全系数表示为

土块3的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块3的安全系数可表示为：

由于边坡拉裂缝不再发展，土块n和土块n-1此时均发生拉破坏，土块n和土块n-1的安全系数均为0；

其余土块4～n-2均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块4～n-2的安全系数可表示为：

可得此时破坏后边坡的安全系数。

边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展，依次计算直至整个滑动面贯通，可得到边坡渐进破坏过程中，安全系数的变化。根据边坡的安全系数变化，判断边坡稳定的情况，从而指导边坡的加固。

本发明提供的一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法，在条分法的基础上考虑了应变软化型边坡的渐进破坏过程，能计算出边坡破坏过程中一系列安全系数的变化，克服了条分法只有单一的安全系数的缺陷，改善了条分法单纯只使用土体应力指标的峰值强度或者残余强度来计算边坡的安全系数时，造成计算结果与实际不符的情况。该评价方法概念清晰，原理简单，计算方便，在实际工程中具有良好的应用发展前景。

附图说明

为了对本发明做进一步详细说明，下面结合附图和实施例进行介绍。

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明实施例简化的应力应变关系图；

图3为本发明实施例边坡分条示意图；

图4为本发明实施例边坡渐进破坏过程示意图。

图5为本发明实施例安全系数变化过程示意图。

具体实施方式

本发明旨在提供一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法。下面结合工程实例及附图对本发明具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的应变软化型边坡动态稳定性评价方法，包括以下步骤：

步骤一：如图2及图3所示，边坡高20m，坡角为45°。土体参数：重度为γ＝18kN/m³，考虑土体的应变软化特性，摩擦角黏聚力峰值强度为c_p＝40kPa，对应的应变γ_p＝1×10^-3，黏聚力残余强度为c_γ＝10kPa，对应的应变γ_γ＝3×10^-3。

步骤二：将边坡滑体从下到上分为32条，每2个土条为1个土块，共16个土块。

步骤三：边坡下部第1个土块由于应变软化开始发生剪切破坏，此时土块1的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取土块1安全系数的计算可带入：

土块16由于发生拉破坏，黏聚力c和摩擦角都取0，此时土块16的安全系数为0。

其余土块2～15均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p。此时土块2～15安全系数的计算可带入：

此时边坡整体的安全系数为：F_s＝1.229。

步骤四：边坡下部第1个土块的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1安全系数的计算带入：

土块2的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块2安全系数的计算可带入：

土块16和土块15此时均发生拉破坏，土块16和土块15的安全系数均为0。

其余土块3～14均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块3～14安全系数的计算可带入：

此时破坏后边坡的安全系数为：F_s＝1.127。

步骤五：根据边坡动态渐进破坏过程，边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展。

重复步骤四，边坡下部土块1和土块2的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1和土块2的安全系数表示为

土块3的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块3的安全系数可表示为：

由于边坡拉裂缝不再发展，土块16和土块15此时均发生拉破坏，土块16和土块15的安全系数均为0。

其余土块4～14均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块4～14的安全系数可表示为：

此时破坏后边坡的安全系数F_s＝1.102。

边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展，依次计算直至整个滑动面贯通，可得到边坡渐进破坏过程中，安全系数的变化。

计算结果列于表1：

表1安全系数的变化

工况	安全系数Fs
		1	1.229
2	1.127
		3	1.102
4	1.078

5	1.053
		6	1.028
7	1.002
		8	1.097
9	0.947
		10	0.917
11	0.888
		12	0.856
13	0.821
		14	0.784

本发明实施例中安全系数的变化过程如图5所示，渐进破坏过程中滑动面的发展如图4所示。

根据边坡的安全系数变化的示意图，判断边坡稳定的情况，从而指导边坡的加固。

Claims (1)

1.一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立数值计算模型，确定边坡的计算参数：边坡几何大小，土体的重度γ，土体应力—应变软化关系中，土体的摩擦角黏聚力的峰值强度c_p，残余强度c_γ，以及峰值强度和残余强度所对应的应变γ_p，γ_γ；

步骤二：将边坡滑体从下到上分为n块，边坡下部发生剪切破坏，边坡上部同时发生拉破坏；

步骤三：边坡下部第1个土块由于应变软化开始发生剪切破坏，此时土块1的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块1的安全系数表示为：

土块n由于发生拉破坏，黏聚力c和摩擦角都取0，此时土块n的安全系数为0；

其余土块2～n-1均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块2～n-1的安全系数表示为：

可得此时边坡整体的安全系数；

步骤四：边坡下部第1个土块的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1的安全系数表示为：

土块2的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块2的安全系数可表示为：

土块n和土块n-1此时均发生拉破坏，土块n和土块n-1的安全系数均为0；

其余土块3～n-2均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块3～n-2的安全系数可表示为：

可得此时破坏后边坡的安全系数；

步骤五：根据边坡动态渐进破坏过程，边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展；

重复步骤四，边坡下部土块1和土块2的应变γ_i为γ_i≥γ_p，土块1和土块2的安全系数表示为

土块3的应变γ_i为γ_p＜γ_i＜γ_γ，取此时土块3的安全系数表示为：

由于边坡拉裂缝不再发展，土块n和土块nγ1此时均发生拉破坏，土块n和土块n-1的安全系数均为0；

其余土块4～n-2均未发生破坏，应变γ_i为γ_i≤γ_p，此时土块4～n-2的安全系数可表示为：

可得此时破坏后边坡的安全系数；

边坡上部拉裂缝不再发展，边坡剪切破坏继续逐渐发展，依次计算直至整个滑动面贯通，得到边坡渐进破坏过程中，安全系数的变化；根据边坡的安全系数变化，判断边坡稳定的情况，从而指导边坡的加固。