CN106951504A - 基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，涉及岩土工程监测领域，用于真实地反映区域的边坡稳定性。其中，该计算方法包括：步骤一、选择边坡重点区域作为观测点；步骤二、根据选定的观测点建立三维分析模型；步骤三、计算该观测点的初始固有振动频率；步骤四、根据计算出的初始固有振动频率，得到动态黏聚力；步骤五、根据动态黏聚力，以及三维分析模型计算出该边坡重点区域的安全系数；步骤六、根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性。本发明用于对评价边坡的稳定性。

Description

基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法

技术领域

本发明涉及岩土工程监测领域，尤其涉及一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法。

背景技术

边坡稳定性问题作为土力学三大经典问题之一，其稳定分析的方法一直是科学研究者和工程实践者研究的重要领域。

边坡稳定分析的方法很多，不同边坡都有与之对应的力学模型和分析方法，从早期土质边坡的圆弧分析法，到岩质边坡的Sarma法，从连续介质力学方法到基于渗流等的耦合分析，分析的精度和时效性都得到了大幅提高。

其实，边坡实际是一个充满复杂性的系统，以某一局部或某一时间段内测量的相对静态的模型参数来反应整体或全周期下滑坡的相对动态的模态参量，必然会有其局限性和不完善性。

国外研究表明，滑坡的失稳往往是脆性拉伸破坏的同时，也伴随着强度的实时退化。

因此，对边坡强度的实时折减，是数值分析应用实践的瓶颈所在。无论从理论研究还是从生产实践方面，对边坡稳定性模态参量的动态调整是必要的，越来越多的边坡工程提出建立基于实际工程指标的动态稳定分析的要求。

现有技术中，由于模型参数具有获取困难，静态且偏于保守的特点，其理论解在计算滑坡安全性方面过于保守，经常出现边坡安全系数小于1，实际却是稳定的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，用于真实地反映区域的边坡稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，该基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法包括：

步骤一、选择边坡重点区域作为观测点。

步骤二、根据选定的观测点建立三维分析模型。

步骤三、计算该观测点的初始固有振动频率。

步骤四、根据计算出的初始固有振动频率，得到动态黏聚力。

步骤五、根据动态黏聚力，以及三维分析模型计算出该边坡重点区域的安全系数。

步骤六、根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性。

步骤三中，根据公式(1)和公式(2)计算初始固有振动频率；

式中，M为试块重量(单位为N)，L为三维分析模型的型心到原点O的距离(单位为mm)，μ为黏结系数(单位为N/mm²)，S为黏结宽度(单位为mm)，l为黏结长度(单位为mm)，θ为转角(单位为°)，f_o为初始固有振动频率(单位为Hz)。

根据初始黏聚力c₀和初始振动频率f₀，由公式(3)计算得到动态黏聚力c：

式中，c₀为初始黏聚力(单位为kPa)，f₀为初始黏聚力对应的初始固有振动频率(Hz)。

步骤六中，根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性方法为：若安全系数小于或者等于1则该边坡不稳定；若安全系数大于1则表明该边坡稳定。

三维分析模型为基于GIS系统的三维分析模型。

根据上述基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法得到的安全系数，可以真实的反映该区域的边坡稳定性。另外，该方法模型参数获取较简单，从而减少了节省了计算时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中计算方法流程图；

图2本发明实施例中边坡振动历史曲线和其振动速度谱示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，该基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法包括：

步骤一、选择边坡重点区域作为观测点。

步骤二、根据选定的观测点建立三维分析模型。

步骤三、计算该观测点的初始固有振动频率。

步骤四、根据计算出的初始固有振动频率，得到动态黏聚力。

步骤五、根据动态黏聚力，以及三维分析模型计算出该边坡重点区域的安全系数。

步骤六、根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性。

根据上述基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法可真实地计算出安全系数，从而真实地反映该区域的边坡稳定性。

进一步地，对于固有振动频率的获得方式，可从相应的设备上测出相应的值，或者根据公式相应的计算出相应的值。

步骤三中，根据公式(1)和公式(2)计算初始固有振动频率；

式中，M为试块重量(单位为N)，L为三维分析模型的型心到原点O的距离(单位为mm)，μ为黏结系数(单位为N/mm²)，S为黏结宽度(单位为mm)，l为黏结长度(单位为mm)，θ为转角(单位为°)，f_o为初始固有振动频率(单位为Hz)。

根据初始黏聚力c₀和初始振动频率f₀，由公式(3)计算得到动态黏聚力c：

式中，c₀为初始黏聚力(单位为kPa)，f₀为初始黏聚力对应的初始固有振动频率(Hz)。

步骤六中，根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性方法为：若安全系数小于或者等于1则该边坡不稳定；若安全系数大于1则表明该边坡稳定。

三维分析模型为基于GIS系统的三维分析模型。

实施例二

根据上述实施例一基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，下面一具体的例子为例，详细的说明实施例一的计算过程。

研究区域位于日本长崎县西北向南东倾斜的小型斜坡上。研究时间为6月21日～7月1日，地区总降雨量为162.7mm。设备于雨季前后分别监测边坡的振动状况，动态分析边坡稳定性。具体的实施步骤如下：

第一步，选择边坡重点区域观测点。

第二步，建立基于GIS系统的三维分析模型。

第二步，计算该观测点的初始固有振动频率，本实施例中对于初始固有振动频率的计算，通过激光测振仪得出。参见图2，图2为激光测振仪分别在3月16日和7月16日监测的边坡表面振动情况。左侧分别为两次时间段测得的振动速度历时曲线，右侧为经过变换后的振动速度谱。如图可知，3月16日边坡初始固有振动频率为10.74Hz，而经过暴雨之后，7月16日的初始固有振动频率降低为8.789Hz。

第四步，通过初始固有振动频率，修正滑移面的粘聚力，进一步的得到动态黏聚力。计算所需参数见表1所示。由于大雨对潜在滑移面的影响最大，因此只对不易测得的潜在滑移面的黏聚力进行折减。

表1稳定性计算参数表

第五步：根据基于GIS系统的三维分析模型和动态黏聚力计算出安全系数。

在现场测得的初始固有振动频率有效修正潜在滑移面上的初始黏聚力之后，根据基于GIS系统的三维分析模型和修正后的黏聚力(也就是动态黏聚力)分别用以下4种模型计算其安全系数，如表2所示。

表2四种不同三维分析模型得到的安全系数

第六步，根据表2得到的安全系数，判断该区域的边坡稳定性。上述表2中，安全系数均大于1，则证明边坡基本稳定。

另外，通过对该边坡进行常规二维分析，得到的安全系数小于1，现场位移测量结果显示：边坡在降雨末期，部分监测点位移数据有所抬升，分别升高3～5mm不等，然而其他监测设备均未出现异常变化。故现场认定该滑坡依然处于偏稳定状态。

通过分析上述例子，基于固定振动频率调整的GIS系统的三维分析模型的安全分析则更加贴近实际。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，其特征在于，该计算方法包括：

步骤一、选择边坡重点区域作为观测点；

步骤二、根据选定的观测点建立三维分析模型；

步骤三、计算该观测点的初始固有振动频率；

步骤四、根据计算出的初始固有振动频率，得到动态黏聚力；

步骤五、根据动态黏聚力，以及三维分析模型计算出该边坡重点区域的安全系数；

步骤六、根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性。

2.根据权利要求1所述的基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，其特征在于，步骤三中，根据公式(1)和公式(2)计算初始固有振动频率；

${\mathrm{ML}}^2\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+\frac{{\mathrm{\μSl}}^2}{2}\mathrm{\θ}=0,---\left(1\right)$

$f_o=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\μSl}}^2}{2{\mathrm{ML}}^2}},---\left(2\right)$

式中，M为试块重量(单位为N)，L为建模的模心到原点O的距离(单位为mm)，μ为黏结系数(单位为N/mm²)，S为黏结宽度(单位为mm)，l为黏结长度(单位为mm)，θ为转角(单位为°)，f_o为初始固有振动频率(单位为Hz)。

3.根据权利要求2所述的基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，其特征在于，根据初始黏聚力c₀和初始振动频率f₀，由公式(3)计算得到动态黏聚力c：

$c=\frac{c_0}{{f_0}^2}\·f^2,---\left(3\right)$

式中，c₀为初始黏聚力(单位为kPa)，f₀为初始黏聚力对应的初始固有振动频率(Hz)。

4.根据权利要求1所述的基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，其特征在于，步骤六中，根据计算出的安全系数评判该重点区域的边坡稳定性方法为：若安全系数小于或者等于1则该边坡不稳定；若安全系数大于1则表明该边坡稳定。

5.根据权利要求1所述的基于固有振动频率动态分析边坡稳定的计算方法，其特征在于，三维分析模型为基于GIS系统的三维分析模型。