CN106677151A - 一种滑移面的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程边坡与地质灾害评价领域，涉及一种滑移面的测定方法，利用同一剖面上各个监测点总位移矢量的斜率，通过最小二乘法和回归迭代求出某坐标下滑移面形状曲线，即确定滑移面位置，利用坡面位移矢量角迭代来逼近任意形状真实滑移面，克服现有工程地质勘察实际工作繁重及极限平衡法试算过程繁琐冗长或者人为因素扰动使结果出现片面性和局限性等缺点；有效避开有限元软件中本构关系和土层物理力学参数的选取；用编制编程语言、AUTO CAD作图软件及Microsoft Excel数据处理软件共同实现位移矢量角迭代确定其真实滑移面位置的测定方法；其工艺过程简单，滑坡滑段面位置确定准确，计算数据精确，应用广泛。

Description

一种滑移面的测定方法

技术领域：

本发明属于工程边坡与地质灾害评价领域，涉及一种适用于土质边坡及松散岩质边坡工程滑移面位置的确定方法，特别是一种边坡滑移面位置的测定方法，特别是一种滑移面的测定方法。

背景技术：

边坡稳定性分析与评价是土力学和岩土工程设计的经典问题之一，而滑移面位置的确定是边坡稳定性评价和防治工程设计的首要条件并起着至关重要的作用。目前，确定滑移面位置的方法一般有以下几种：一是利用工程地质分析法，通过坑、槽、钻探地质勘察和地表地貌特征寻求滑移面位置；二是利用极限平衡法假定滑移圆心，采用多次试算圆弧最危险滑移面、圆心及其对应最小安全系数的来确定滑移面；三是利用有限元分析软件进行数值模拟边坡应力场的基础上引入岩体破坏强度准则，确定滑移面位置。随着位移监测设备技术和传输系统的完善，利用滑坡坡面位移监测资料中的垂直累计位移与水平累计位移之比，即位移斜率来确定滑移面位置的方法也有了长足的发展，一般作如下三点假定：一是滑坡位移量主要是滑动位移量，而滑体本身物质的压缩和膨胀可忽略不计；二是坡面监测点的位移斜率等于其垂直下方滑移面曲线的斜率；三是滑移面为一近似圆弧面。对以上方法分析，工程地质勘察方法须勘察人员丰富勘察经验及投入大量的勘察工作，在实际工作中难以做到；极限平衡法通过不断试算滑移圆心确定滑移面时，最小安全系数与滑移面之间的函数关系是多极值，区域网格划分的节点都是待试算的滑动圆心，使得这种确定方法是一项困难繁琐的工作并且容易产生认为计算误差；有限元数值分析法确定滑移面位置存在需要确定合理的本构关系和准确的土层物理力学参数问题，而且由于取样和试验条件的限制很难获取准确的岩土体物理力学，其结果容易受到上述因素及有限元软件和人为因素影响 而产生较大的误差，并且还存在计算过程繁琐、计算量大和计算时间长等局限性问题；对于采用位移监测方法来确定滑移面位置的方法，一是在滑体处于趋势性能整体位移阶段基本上能够成立，二是假定很不严密，因为滑体位移特征是滑体沿滑移面切线方向的滑移，而在滑移面法线方向上无位移；三是与客观现实相距甚远，具有复杂地质条件的边坡，其滑移面可以为任意形状，所以此假设在限制了该方法的运用。所以，寻求设计一种根据滑坡位移监测数据确定滑移面的位移矢量角迭代分析方法，对边坡稳定性分析理论的发展和工程应用具有重要应用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，利用同一剖面上各个监测点总位移矢量的斜率，通过最小二乘法和回归迭代求出某坐标下滑移面形状曲线，即确定滑移面位置，利用坡面位移矢量角迭代来逼近任意形状真实滑移面，克服现有工程地质勘察实际工作繁重及极限平衡法试算过程繁琐冗长或者人为因素扰动使结果出现片面性和局限性等缺点；有效避开有限元软件中本构关系和土层物理力学参数的选取；用编制编程语言、AUTO CAD作图软件及Microsoft Excel数据处理软件共同实现位移矢量角迭代确定其真实滑移面位置的测定方法。

为了实现上述目的，本发明涉及的滑移面是任意形状的滑坡体，坡体表面上任一监测点向滑坡内部作竖直垂线可以在初始滑移面上找到相应的一点，使监测点附近的坡体沿着这两点切线方向滑动，在这两点间无相对位移，监测点与垂直下方对应点附近的坡体沿着与两点连线的垂直方向滑动，在其连线上没有位移；其中任意形状滑移面包括滑坡面10、坐标系11、滑体后缘(坐标原点)12、监测点13、监测点垂线下方滑移面曲线上的对应点14、滑移面曲线上对应监测点位移斜率相等点15、位移斜率方向16、增量迭代点17、迭代滑移面曲线上对应以求滑移面上的增量迭代点18、滑移面19和滑移面滑动圆心20～22；其滑坡滑移面位置的测定工艺步骤包括：

(1)建立滑坡剖面坐标系(S1)：考虑计算方便和易于确定回归方程常数项，一般选择滑体后缘为坐标原点，因为滑坡体后缘通常大多都有拉裂缝存在；

(2)求坡面监测点的坐标及其位移斜率(S2)：在上述坐标系下求出坡面监测点坐标(x，y)，使坡体上监测点基本在选取的剖面上或者在其附近，不在所选取计算剖面上的监测点要通过等高线将其移动到要计算的滑坡剖面上；

(3)计算初始回归方程(S3)：

式中：y′代表滑移面斜率；x为相应点的横坐标，以坡面监测点的位移斜率来代替滑移面的曲线斜率，即暂时以坡面某监测点的位移斜率来代替其垂直下方滑移面处的曲线斜率，以便求得初始回归方程；将监测点的横坐标数据带入公式(a)，在已知坡面位移斜率值的情况下，利用最小二乘法回归求出上式(a)中未知系数k₁、k₂…之值，得滑移面初始方程：

式中k₀值由坐标原点处的位移值确定，即k₀值由实测后缘坐落距离得到(附图1)；

(4)求初始增量Δy(S4)：坡面监测点的斜率实质上与垂直下方滑移面曲线斜率不相等，上一步骤中公式(b)求出的滑面方程y₀只能是近似解，初始滑移面方程需通过位移矢量角多次迭代逐步逼近真实滑移面方程，利用公式(b)求出监测点13与滑移面曲线上对应点14之间距离值，令两点距离等于Δy作为初始量进行迭代逼近；

(5)迭代求解(S5)：

计算回归方程：

y′₁＝k₁+k₂(x-y'Δy)+k₃(x-y'Δy)²+...(c)

式中x-y'Δy为附图1中点17的横坐标值，利用最小二乘法回归求出 上式中未知系数k₁、k₂…之值，可得滑移面方程为：

(6)求增量Δy'(S6)：令Δy'＝y₁₇-y₁₅，以Δy'作为增量再作迭代，重复上述(5)步骤。式中y₁₇＝y₁₆；y₁₅由监测点13位移斜率与滑移面曲线上15点切线斜率相等确定；

(7)误差判断(S7～S8)：重复上述(5～6)步骤，直到前后两次Δy'值之差在限定范围以内为止，得到逼近真实滑移面方程：

本发明基于滑坡位移监测数据，利用位移矢量角迭代法确定边坡任意真实滑移面，解决了现有计算方法计算过程繁琐冗长或者人为因素扰动使结果出现片面性和局限性等问题；精度高，利用最小二乘法多次迭代求解滑移面回归方程，适用于任何形状边坡滑移面的确定，理论和应用上更简便快捷；建立在工程技术人员熟悉的编程语言和Microsoft Excel数据处理软件上，不受软件本身局限性影响，更充分发挥此发明的程序化、公式化等优点；其工艺过程简单，滑坡滑段面位置确定准确，计算数据精确，应用广泛。

附图说明：

图1为本发明涉及的任意形状滑移面示意图。

图2为本发明涉及的迭代增量示意图。

图3为本发明基于FORTRAN编程的位移矢量角迭代流程结构原理示意图。

图4本发明涉及的某边坡坡体监测点位置示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例为监测某滑坡的变形演化特征与规律，在某滑坡坡面设置了F₁～F₈8个位移监测点(附图4)，并对边坡的水平与垂直变形进 行了监测，表1给出的是滑坡体在整体滑移阶段位移斜率，位移斜坡(K_f)是指监测点垂直位移量与水平位移量的比值，由表1可知，此段时间内坡体位移斜率基本上随时间变化甚微；因此，滑坡物质间相互挤压拉伸所产生的位移可忽略不计，满足用上述方法来确定滑移面的条件；

表1 1984～1985年坡体F₁～F₈监测点的位移斜率值

本次计算采用整理后表2所示数据，取滑体后缘为坐标原点，利用编制的FORTRAN程序最终得到如下回归方程：

y＝12.0+0.810696x-0.0007185x²+0.00000033x³

其中，x＝0处方程曲线斜率值为基岩滑移面斜率，k₀值由实测后缘坐落距离得到，取k₀＝13.47*sin70°＝12.0m；

表2 计算中斜率、横坐标取值一览表

该滑坡发生前后，长江流域规划办公室、湖北省岩崩滑坡研究所曾在此投入大量的勘探工作，勘探结果证明该边坡滑移面为下伏基岩面，运用滑移面预测公式y＝12.0+0.810696x-0.0007185x²+0.00000033x³可得该边坡滑移面与基岩面相吻合(见表3)；上述结果表明，利用边坡位移矢量角监测数据来确定滑坡滑移面不但可行，而且可信，体现了显著的优越性及工程实用价值。

表3 计算结果一览表

。

Claims (1)

1.一种滑移面的测定方法，其滑坡滑移面位置的测定工艺步骤包括：

(1)建立滑坡剖面坐标系(S1)：考虑计算方便和易于确定回归方程常数项，一般选择滑体后缘为坐标原点，因为滑坡体后缘通常大多都有拉裂缝存在；

(2)求坡面监测点的坐标及其位移斜率(S2)：在上述坐标系下求出坡面监测点坐标(x，y)，使坡体上监测点基本在选取的剖面上或者在其附近，不在所选取计算剖面上的监测点要通过等高线将其移动到要计算的滑坡剖面上；

(3)计算初始回归方程(S3)：

y'＝k₁+k₂x+k₃x²+... (a)

式中：y′代表滑移面斜率；x为相应点的横坐标，以坡面监测点的位移斜率来代替滑移面的曲线斜率，即暂时以坡面某监测点的位移斜率来代替其垂直下方滑移面处的曲线斜率，以便求得初始回归方程；将监测点的横坐标数据带入公式(a)，在已知坡面位移斜率值的情况下，利用最小二乘法回归求出上式(a)中未知系数k₁、k₂…之值，得滑移面初始方程：

式中k₀值由坐标原点处的位移值确定，即k₀值由实测后缘坐落距离得到(附图1)；

(4)求初始增量Δy(S4)：坡面监测点的斜率实质上与垂直下方滑移面曲线斜率不相等，上一步骤中公式(b)求出的滑面方程y₀只能是近似解，初始滑移面方程需通过位移矢量角多次迭代逐步逼近真实滑移面方程，利用公式(b)求出监测点13与滑移面曲线上对应点14之间距离值，令两点距离等于Δy作为初始量进行迭代逼近；

(5)迭代求解(S5)：

计算回归方程：

y'₁＝k₁+k₂(x-y'Δy)+k₃(x-y'Δy)²+... (c)

式中x-y'Δy为附图1中点17的横坐标值，利用最小二乘法回归求出上式中未知系数k₁、k₂…之值，可得滑移面方程为：

(6)求增量Δy'(S6)：令Δy'＝y₁₇-y₁₅，以Δy'作为增量再作迭代，重复上述(5)步骤。式中y₁₇＝y₁₆；y₁₅由监测点13位移斜率与滑移面曲线上15点切线斜率相等确定；

(7)误差判断(S7～S8)：重复上述(5～6)步骤，直到前后两次Δy'值之差在限定范围以内为止，得到逼近真实滑移面方程：

。