CN109063341B - 一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法 - Google Patents

Abstract

发明提供基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法，包括对待分析边坡进行勘察与测绘、计算降雨条件下坡肩A点的位移u和计算边坡的降雨稳定性系数K等步骤。该方法可为滑坡的预防和治理提供有针对性的依据。可以实现对边坡稳定状态的实时掌握。

Description

一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法

技术领域

本发明涉及岩土边坡稳定性技术领域，特别涉及一种岩质边坡动态稳定性的分析方法。

背景技术

在工程实际中，由于边坡岩体往往具有复杂的结构面和结构体，且处于复杂的地应力场中，有许多未知的、不确定的影响因素。因此，当外界环境或内部性质发生变化时岩体边坡将表现出异常复杂的变形破坏过程，以致难以确定边坡岩体中真实的应力应变状态，采用以应力或应变表达的破坏理论也就很难反映出岩体真实的力学状态。

由于位移本身易于监测，往往可根据结构上某些特殊位置的位移大小来判定岩体结构的稳定性。因此，工程现场更注重以位移，特别是某点的相对位移为依据来判断边坡工程的稳定性。为此，对层状边坡岩体结构的稳定性进行分析、研究，建立基于位移的稳定性分析方法是有意义的。在层状岩质边坡中，顺层边坡的破坏主要表现为溃屈和剪切滑动。其中，剪切滑动是随着结构面位移的增加，边坡岩层累进性脱离底层，在锁固段岩体逐渐被剪断的发展过程中，潜在滑动面上下岩层相对位移逐步发展，最终使得边坡岩体沿潜在滑动面产生整体破坏，导致边坡完全失稳。

对于现有的顺层岩质边坡的稳定性计算方法中，研究一种基于位移的顺层岩质边坡稳定性分析方法是很有必要，也是具有重要的工程价值的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法，包括以下步骤：

1)对待分析边坡进行勘察与测绘，确定边坡分布范围与尺寸。采集并汇总待分析边坡的水文地质、工程地质和变形特征数据。

2)计算降雨条件下坡肩A点的位移u。其中，所述坡肩A点为边坡上开挖线与坡面的交点或坡面与坡顶的交点。

u＝u₁+u₂ (1)

式中，u₁为由岩层层面因降雨入渗引起抗剪强度降低产生的位移，u₂为因降雨入渗引起水荷载作用产生的位移。

3)计算得出边坡的降雨稳定性系数K。其中，

式中，u_max为降雨情况下边坡沿岩层面滑动前坡肩A点允许的最大位移值。

4)根据稳定性系数K，对待分析边坡的稳定性进行判别。

进一步，降雨条件下的坡体位移分为两部分，一部分是由层面抗剪强度降低产生的u₁，另一部分是因水荷载作用产生的位移u₂。总位移为：

u＝u₁+u₂ (3)

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.可为滑坡的预防和治理提供有针对性的计算依据；

B.坡肩A的位移可以通过技术手段实时监测获得，因此不同条件下边坡的稳定性系数也可实时得到，可以实现对边坡稳定状态的实时掌握；

C.由于对边坡的稳定状态可以实现实时掌握，因此可以针对边坡所处的稳定状态对边坡采取针对性的加固、治理措施，避免滑坡灾害的发生，有利于防灾减灾。

附图说明

图1为降雨条件下边坡中静水压力分布示意图；

图2为降雨条件下层面剪切本构模型示意图；

图3为层面上任一点的受力分析图；

图4为层面法向合力图；

图5为降雨前岩体自重在层面切向分力；

图6为降雨后层面切向合力图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例以降雨引起的岩层层面切向力作为边坡变形的启动力，计算得出边坡的降雨稳定性系数K。

参见图1，降雨条件下，入渗坡体内的雨水对优势结构面的水力作用包括后缘张裂隙静水压力和软弱结构面上的扬压力及拖拽力。参见图2，由于降雨的入渗，结构面中泥质胶结物和可溶盐类胶结物强度迅速降低，强度软化明显，导致层面抗剪能力迅速下降，材料剪切模量由G降低为G₁。

将边坡地下水流出缝未被堵塞时边坡的受力情况简化为二维的形式。假设计算边坡坡顶后缘存在裂隙，裂隙贯穿结构面，方向垂直，长度为h。α为层面倾角，L为层面计算长度。在坡面地下水流出缝未被堵塞情况下，存在裂隙上的静水压力P₁及沿潜在滑动面的静水压力P₂。

降雨条件下的坡体位移分为两部分，一部分是由层面抗剪强度降低产生的u₁，另一部分是因水荷载作用产生的位移u₂。总位移为

u＝u₁+u₂ (1)

式中，u₁为由层面抗剪强度降低产生的位移，mm；u₂为水荷载作用产生的位移，mm；u为坡肩点A的总位移。

本实施例提供一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法，包括以下步骤：

1)参见图3，取层面上任一点进行受力分析。边坡坡顶后缘张裂隙充水后，张裂隙内的静水压力沿垂直层面上的分力减小了层面的法向应力。后缘张裂隙内的静水压力表达式为：

式中，P₁为后缘张裂隙内的静水压力，kN；h为后缘张裂隙充水高度，m；γ_w为水的重度，kN/m³。

潜在滑动面上的静水压力方向为垂直于层面方向，减小了层面的法向应力，表达式为：

式中，P₂为潜在滑动面上的静水压力，kN；h为后缘张裂隙充水高度，m；L为滑面长度，m。

参见图4、图5和图6，受力为：

N＝Wcosα-P₂-P₁sinα (4)

T₁＝Wsinα (5)

T₂＝Wsinα+P₁cosα (7)

式中，N为法向力，kN；T₁为重力的切向分力，kN，T₂为重力和滑动面上的静水压力切向分力，kN；τ₁为T₁对应的切向应力，kPa；；τ₂为T₂对应的切向应力，kPa；W为重力，kN；。

2)计算岩体产生的位移：

式中，G₁和G₂分别对应土体在饱和以及非饱和情况下的剪切曲线弹性阶段的斜率。

则岩体产生的总位移为

u＝u₁+u₂ (11)

3)假定顺层边坡在降雨条件下沿岩层面滑动前坡肩A点(即边坡上开挖线与坡面的交点或坡面与坡顶的交点)的最大位移为u_max，那么基于坡肩位移的稳定性系数的判别方法可通过A点的位移进行判别，如下式：

式中，K为降雨条件下边坡的稳定系数；u_max为坡体滑动前的坡肩A点允许的最大位移，mm。

4)根据稳定性系数K，对待分析边坡的稳定性进行判别。

Claims (1)

1.一种基于坡肩位移的降雨条件下顺层边坡稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对待分析边坡进行勘察与测绘，确定边坡分布范围与尺寸；采集并汇总待分析边坡的水文地质、工程地质和变形特征数据；

2)计算降雨条件下坡肩A点的位移u；其中，所述坡肩A点为边坡上开挖线与天然坡面的交点或坡面与坡顶的交点；

u＝u₁+u₂ (1)

式中，u₁为由岩层层面因降雨入渗引起抗剪强度降低产生的位移，u₂为因降雨入渗引起水荷载作用产生的位移；

边坡坡顶后缘张裂隙充水后，后缘张裂隙内的静水压力表达式为式(2)；潜在滑动面上的静水压力表达式为式(3)；

式中，P₁为后缘张裂隙内的静水压力，kN；h为后缘张裂隙充水高度，m；γ_w为水的重度，kN/m³；

式中，P₂为潜在滑动面上的静水压力，kN；h为后缘张裂隙充水高度，m；L为滑面长度，m；

坡肩A点的受力为：

N＝Wcosα-P₂-P₁sinα (4)

T₁＝Wsinα (5)

T₂＝Wsinα+P₁cosα (7)

式中，N为法向力，kN；T₁为重力的切向分力，kN，T₂为重力和滑动面上的静水压力切向分力，kN；τ₁为T₁对应的切向应力，kPa；；τ₂为T₂对应的切向应力，kPa；W为重力，kN；α为层面倾角；L为层面计算长度；

2)计算岩体产生的位移：

式中，G₁和G₂分别对应土体在饱和以及非饱和情况下的剪切曲线弹性阶段的斜率；

3)计算得出边坡的降雨稳定性系数K；其中，

式中，u_max为降雨情况下边坡沿岩层面滑动前坡肩A点允许的最大位移值；

4)根据稳定性系数K，对待分析边坡的稳定性进行判别。

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