CN107391949B - 一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法，将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，通过计算任意深度处杆件的水平向位移确定斜坡开裂的宽度及深度，具体包括以下计算步骤：A、明确树木的形状参数，包括树高、树冠高度、树冠宽度；B、计算地面处树干的弯矩与剪力；C、将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，计算地面处杆件的位移与转角；D、计算杆件任意深度处的水平向位移，从而得出台风作用下直根系乔木造成斜坡开裂的宽度和深度。明确不同风级的台风作用导致斜坡开裂的情况，为台风暴雨的入渗计算提供基础，从而使得台风暴雨型滑坡的评价更符合实际，非常适于实用。

Description

一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法
技术领域
本发明涉及一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法。
背景技术
我国东南沿海地区每年均有多次台风登陆，台风暴雨诱发大量的地质灾害。目前对于台风暴雨型滑坡灾害的失稳机理研究方面，一般只考虑暴雨的影响，而不考虑台风风荷载对滑坡失稳的影响。台风登陆后风力一般会达到十几级，其不仅对坡体产生较大的作用力，而且通过植被的传递作用致使斜坡开裂，改变斜坡的入渗条件，从而影响斜坡的稳定性。目前对于台风通过植被的传递作用造成斜坡开裂尚无具体的计算方法。对于台风暴雨型滑坡灾害的失稳机理研究方面，只考虑暴雨作用下雨水入渗导致的斜坡失稳，没有考虑台风作用于树木导致斜坡开裂，加快了雨水入渗的速度，从而对斜坡的稳定性造成影响(滑坡发生的时间提前)。因此，现有技术具有以下缺点：(1)目前尚无台风通过树木的传递作用造成斜坡开裂的计算方法；(2)台风暴雨型滑坡灾害没有考虑斜坡开裂对渗流及斜坡稳定性的影响，所得的预测结果与实际不符。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法，明确不同风级的台风作用导致斜坡开裂的情况，为台风暴雨的入渗计算提供基础，从而使得台风暴雨型滑坡的评价更符合实际，非常适于实用。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法，A、明确树木的形状参数，包括树高、树冠高度、树冠宽度；
B、计算地面处树干的弯矩与剪力；
C、根据勘察报告，获取坡体的计算参数；
D、将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，计算地面处杆件的位移与转角；
E、计算杆件任意深度处的水平向位移，从而得出台风作用下直根系乔木造成斜坡开裂的宽度和深度。
本发明的有益效果为：通过将直根系乔木概化为插于土中的杆件模型，可计算出不同风级的台风作用于树木导致斜坡开裂的情况，为台风暴雨的入渗计算提供基础，从而使得台风暴雨型滑坡的评价更符合实际，非常适于实用。
附图说明
图1为本发明的台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算流程图；
图2为树木受风荷载计算模型图；
图3为地面下树木杆件计算模型图。
具体实施方式
如图1所示，一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法，将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，通过计算任意深度处杆件的水平向位移确定斜坡开裂的宽度及深度。具体来讲，本发明的计算步骤如下：明确树木的形状参数，包括树高、树冠高度、树冠宽度；计算地面处树干的弯矩与剪力；获取坡体的计算参数；将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，计算地面处杆件的位移与转角；计算杆件任意深度处的水平向位移，从而得出台风作用下直根系乔木造成斜坡开裂的宽度和深度。
本发明微型桩群的设计原理：
任意深度处裂缝宽度的计算公式为：
式中，xy为杆件任一截面的水平位移(m)；xA、MA、QA分别为地面处杆件的位移(m)、转角(弧度)、弯矩(kN·m)、剪力(kN)；E为杆件的弹性模量(kN/m2)；I为杆件的截面惯性矩(m4)；α为杆件的变形系数(m-1)；Ai、Bi、Ci、Di分别为随杆件的换算深度αy而异的影响函数值，可按下表取值：
αy A3 B3 C3 D3
0 0.00000 0.00000 1.00000 0.00000
0.1 -0.00017 -0.00001 1.00000 0.10000
0.2 -0.00133 -0.00013 0.99999 0.20000
0.3 -0.00450 -0.00068 0.99994 0.30000
0.4 -0.01067 -0.00213 0.99974 0.39998
0.5 -0.02083 -0.00521 0.99922 0.49991
0.6 -0.03600 -0.01080 0.99896 0.59974
0.7 -0.05716 -0.02001 0.99580 0.69935
0.8 -0.08532 -0.03413 0.99181 0.79854
0.9 -0.12114 -0.05466 0.98524 0.89705
1.0 -0.16652 -0.08329 0.97501 0.99445
1.1 -0.22151 -0.12192 0.95975 1.09016
1.2 -0.28736 -0.17260 0.93783 1.15342
1.3 -0.38195 -0.23760 0.90727 1.27320
1.4 -0.45514 -0.31931 0.85574 1.35821
1.5 -0.55869 -0.42039 0.81054 1.43680
1.6 -0.67628 -0.54318 0.73859 1.50695
1.7 -0.80846 -0.69141 0.61537 1.56621
1.8 -0.95562 -0.86715 0.52907 1.61162
1.9 -1.11794 -1.07357 0.38503 1.63968
2.0 -1.29532 -1.31367 0.26676 1.64629
地面处位移xA和转角计算公式如下：
地面处杆件的弯矩MA，其值与风速、树高、树冠大小等因素有关，根据一般树冠的形状，将树木简化为圆锥形模型进行计算，其中，H为树高，L为树冠高度，d为树冠最大宽度。忽略树冠下树干所受的力，则
其中，v为风速；树木的高度、树冠高度、树冠宽度等相关尺寸可根据调查得知。
地面处杆件的剪力QA按公式计算；其中，L为树冠高度，d为树冠最大宽度，v为风速。
采用以上方法，通过调查斜坡上植被的尺寸、株距等，可计算出不同风级的台风造成斜坡开裂的尺寸。
树木所受风荷载的大小可以通过多种方法计算(树木所受风荷载的大小主要用于计算地面处树干的弯矩与剪力)。
本发明的有益效果为：通过将直根系乔木概化为插于土中的杆件模型，可计算出不同风级的台风作用于树木导致斜坡开裂的情况，为台风暴雨的入渗计算提供基础，从而使得台风暴雨型滑坡的评价更符合实际，非常适于实用。
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，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种台风作用下直根系乔木导致斜坡开裂的计算方法，其特征在于：将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，通过计算任意深度处杆件的水平向位移确定斜坡开裂的宽度及深度，具体包括以下计算步骤：
A、明确树木的形状参数，包括树高、树冠高度、树冠宽度；
B、计算地面处树干的弯矩与剪力；
C、根据勘察报告，获取坡体的计算参数；
D、将直根系乔木概化为埋置于土中的杆件模型，计算地面处杆件的位移与转角；
E、计算杆件任意深度处的水平向位移，从而得出台风作用下直根系乔木造成斜坡开裂的宽度和深度；
任意深度处裂缝宽度的计算公式为：
式中，xy为杆件任一截面的水平位移，单位m；xA为地面处杆件的位移，单位m；为地面处杆件的转角，单位弧度；MA为地面处杆件的弯矩，单位kN﹒m；QA为地面处杆件的剪力，单位kN；E为杆件的弹性模量，单位kN/m2；I为杆件的截面惯性矩，单位m4；α为杆件的变形系数，单位m-1；Ai、Bi、Ci、Di分别为随杆件的换算深度αy而异的影响函数值；地面处杆件的位移xA和转角计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>M</mi> <mi>A</mi> </msub> <mrow> <msup> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>E</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mn>4</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>A</mi> </msub> <mrow> <msup> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>3</mn> </msup> <mi>E</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mn>4</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
地面处杆件的弯矩MA，其值与风速、树高、树冠大小因素有关，根据一般树冠的形状，将树木简化为圆锥形模型进行计算，其中，H为树高，L为树冠高度，d为树冠最大宽度，忽略树冠下树干所受的力，则
<mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>9600</mn> </mfrac> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mi>H</mi> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，v为风速；树木的高度、树冠高度、树冠宽度的相关尺寸根据调查得知；地面处杆件的剪力QA按公式计算。
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