CN109214054B - 基于位移的边坡动力稳定性分析方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种基于位移的边坡动力稳定性分析方法，包括对待分析边坡进行勘察与测绘、计算地震作用下坡肩A点的位移

和计算边坡的地震稳定性系数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

基于位移的边坡动力稳定性分析方法

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位移的边坡动力稳定性分析方法，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，一种基于位移的边坡动力稳定性分析方法，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)计算地震作用下坡肩A点的位移

其中，所述坡肩A点为边坡上开挖线与坡面的交点。

3)计算得出边坡的地震稳定性系数K。

式中，u_max为在地震情况边坡沿岩层面滑动前坡肩A点的最大位移值，mm。

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，地震力的值通过式(2)计算：

Q_c＝α_wW (2)

式中，Q_c为岩体单位宽度地震力，kN/mm。W为岩体单位宽度自重kN/mm。α_w为边坡综合水平地震系数。

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为坡体位移计算示意图；

图2为理想弹塑性剪切本构模型示意；

图3为自重作用下任一点的受力分析图；

图4为地震荷载作用下任一点的受力分析图。

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：

顺层岩质边坡属于层状岩体。待分析边坡坡顶到坡脚的岩层序号依次为1，2，……，i，……，n。

本实施例公开一种基于位移的边坡动力稳定性分析方法，以地震力作为边坡变形的启动力，计算得出地震稳定性系数K。包括以下步骤：

1)根据现行《建筑边坡工程技术规范》，边坡稳定性计算时，对基本烈度为7度及7度以上地区的永久性边坡应进行地震工况下边坡稳定性校核。

地震作用可简化为一个作用于滑体，指向坡外(滑动法向)的水平静力，其值应按下列公式计算：

Q_c＝α_wW (1)

式中，Q_c为岩体单位宽度地震力，kN/mm；W为岩体单位宽度自重，kN/mm；α_w为边坡综合水平地震系数，由所在地区地震基本烈度按表1确定。

表1水平地震系数

地震条件下的计算模型如图1所示。图中α为层面倾角，°；L为层面计算长度，mm；H为坡高，mm。

参见图2，理想弹塑性剪切本构模型，τ为剪切应力，kPa；u为剪切位移，mm；G为弹性剪切变形阶段的剪切模量，GPa。地震荷载作用下，层面的法向应力减小，材料剪切模量由G变为G₁。

对层面任一点进行受力分析，自重作用下受力如图3所示。

N₀＝W cosα (2)

T₀＝W sinα (3)

式中，W为岩体单位宽度自重，kN/mm；N₀为岩体单位宽度自重垂直于层面的分力，kN/mm；T₀为岩体单位宽度自重平行于层面的分力，kN/mm；L为层面计算长度，mm。

地震荷载作用下受力如图4所示。

N₁＝W cosα-Q_c sinα (5)

T₁＝W sinα+Q _ccosα (6)

式中，W为岩体单位宽度自重，kN/mm；N₁为地震荷载作用下岩体单位宽度自重垂直于层面的分力，kN/mm；T₁为地震荷载作用下岩体单位宽度自重平行于层面的分力，kN/mm；Q_c为T₁水平方向的分力，kN/mm；L为层面计算长度，mm。

顺层岩质边坡位移的计算并非从图中零点开始计算，实际上，在自重作用下边坡处于静止状态，此时边坡的应力状态处于A(u₀，τ₀)点，当在地震作用下时，边坡的应力路径为A(u₀，τ₀)→B(u₁，τ₁)，其中τ₀、τ₁、u₀、u₁分别为：

式中，τ为剪切应力，u为剪切位移，G为弹性剪切变形阶段的剪切模量。

则地震作用下坡体产生的位移为u＝u₁-u₀

实际工程中，顺层岩质边坡具有多层面性，假设第n层滑带为主控层面，不同层面的理想弹塑性剪切本构模型不同。

自重作用下第i层面任一点受力分析：

此时

地震作用下第i层面任一点受力分析：

Q_ci＝α_wW_i (19)

式中，Q_ci为第i岩块单位宽度地震力，kN/mm；W_i为第i岩块单位宽度自重kN/mm；α_w为边坡综合水平地震系数。

此时，

则第i层面产生的位移

则坡顶A点的位移

式中，

为开挖引起的坡肩A点的位移，mm。

3)假定顺层岩质边坡在地震情况下沿岩层面滑动，可观测到的A点的滑动的最大位移为u_max，那么基于动态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：

4)根据稳定性系数K，对待分析边坡的稳定性进行判别。

Claims (2)

1.一种基于位移的边坡动力稳定性分析方法，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)计算地震作用下坡肩A点的位移

其中，所述坡肩A点为边坡上开挖线与坡面的交点；待分析边坡从坡顶到坡脚的岩层序号依次标记为1，2，……，i，……，n；

对自重作用下第i层面任一点受力分析：

此时，

式中，N_i0为第i岩块单位宽度自重垂直于层面的分力，kN/mm；W_i为第i岩块单位宽度自重kN/mm；α为层面倾角，°；T_i0为第i岩块单位宽度自重平行于层面的分力，kN/mm；τ_i0为第i岩块自重作用下的剪切应力，kPa；L_i为第i岩块层面计算长度，mm；u_i0为第i岩块自重作用下的剪切位移，mm；G_i0为第i岩块自重作用下的材料剪切模量；

对地震作用下第i层面任一点受力分析：

Q_ci＝α_wW_i (8)

此时，

式中，N_i1为地震荷载作用下第i岩块单位宽度自重垂直于层面的分力；W_i为第i岩块单位宽度自重kN/mm；α为层面倾角，°；τ_i1为第i岩块地震荷载作用下的剪切应力，kPa；T_i1为地震荷载作用下第i岩块单位宽度自重平行于层面的分力，kN/mm；L_i为第i岩块层面计算长度，mm；Q_ci为第i岩块单位宽度地震力，kN/mm；α_w为边坡综合水平地震系数；u_i1为第i岩块地震荷载作用下的剪切位移，mm；G_i1为第i岩块地震荷载作用下的材料剪切模量；

则第i层面产生的位移为：

则坡顶A点的位移为：

3)计算得出边坡的地震稳定性系数K；

式中，u_max为在地震作用下边坡沿岩层面滑动前坡肩A点的最大位移值，mm；

为地震作用下坡肩A点的位移，mm；

4)根据稳定性系数K，对待分析边坡的稳定性进行判别。

2.根据权利要求1所述的一种基于位移的边坡动力稳定性分析方法，其特征在于：边坡综合水平地震系数α_w根据所在地区的地震基本烈度确定。

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