CN111950151B - 基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法，1，对待稳定性评价的危岩体进行调查，获取所述危岩体特征参数；2，获取危岩体与基岩之间的锚固段黏结长度，3，将危岩体的自重，锚固段黏聚力c，锚固段黏结长度，锚固段内摩擦角，危岩体裂隙面倾角带入公式3计算得到危岩体的稳定性系数：公式3；当时，表明该危岩体在静力条件下处于欠稳定状态；当时，表明该危岩体在静力条件下处于基本稳定状态；当时，表明该危岩体在静力条件下处于稳定状态。本发明以振幅比为指标对危岩体稳定性进行评价，是对现有极限平衡法的一种补充，实现了基于振幅比的边坡危岩体稳定性的快速判断。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程领域，尤其是涉及基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法。
背景技术
边坡危岩体的失稳破坏是一种常见的地质灾害，它不同于滑坡的变形破坏，岩体失稳破坏前变形量较小、破坏征兆不明显、破坏发展较为迅速，具有时间上突发性和空间上分散性等特点，是众多不良地质现象中难以防治的地质灾害，其坠落与崩塌直接影响着工程建设的进度，威胁着建设者的生命安全。因此，对危岩块体稳定性的快速评价是目前工程建设中亟待解决的主要问题之一。由于危岩体处于陡坡、崖壁区域，人员无法到达，依靠传统的勘探手段无法获取其有效信息，尤其是危岩体与基岩锚固段粘结面面积信息，是评价危岩体安全性的关键控制因素；但是，由于危岩体与基岩锚固段的粘结面位于岩体内部而无法得到，使得对危岩体振动特性的评价仍停留在定性分析阶段。
发明内容
本发明目的在于以振幅比作为关键指标，以远程非接触式测振技术为辅助，提供一种基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法，包括下述步骤：
步骤1，对待稳定性评价的危岩体进行调查，获取所述危岩体特征参数，包括：岩性、容重、弹性模量、锚固段黏聚力、锚固段内摩擦角、锚固段厚度、裂隙面倾角、质量；其中岩性通过查阅当地地质资料获得；容重、弹性模量、锚固段黏聚力、内摩擦角可通过试验分析、工程类比或查阅岩土工程勘查手册得到；锚固段厚度、裂隙面倾角通过现场调查、测量得到；质量通过对危岩体体积测量与容重计算得到；
步骤2，获取危岩体与基岩之间的锚固段黏结长度，步骤如下：
步骤2.1，将振动采集仪分别固定在危岩体和其下部的所述基岩上，然后通过激振的方法第一次促使基岩和危岩体振动，当基岩和危岩体的表面振动加速度超过1mm/s2时，同时采集基岩和危岩体的振动曲线，从基岩的所述振动曲线中提取本次基岩的振动频率；将基岩和危岩体的振动曲线数据中每一时刻加速度值分别代入公式1，分别计算得到基岩的均方根振幅值/>和危岩体的均方根振幅值/>；
公式1；
其中为振动曲线中的每一时刻的加速度值，n为振动曲线中的加速度采集个数；
将危岩体的均方根振幅值除以基岩的均方根振幅值/>得到振幅比/>，即：；
步骤2.2，通过激振的方法第二次促使基岩和危岩体振动，当基岩和危岩体的表面振动加速度超过1mm/s2时，同时采集基岩和危岩体的振动曲线，从基岩振动曲线中提取基岩的振动频率，将基岩和危岩体振动曲线数据中每一时刻加速度值分别代入公式1，分别计算得到基岩的均方根振幅值/>和危岩体的均方根振幅值/>，将危岩体的均方根振幅值除以基岩的均方根振幅值/>得到振幅比/>；
步骤2.3，获得激振条件下基岩振动频率、/>及对应的振幅比/>、/>，当基岩的振动频率/>与振幅比/>成正比例时，取公式2中的下式；当基岩的振动频率/>与振幅比/>成反比例时，取公式2中的上式；在确认基岩的振动频率/>与振幅比/>的比例关系后将基岩的振动频率/>、振幅比/>、危岩体质量/>、锚固粘结段厚度/>及危岩体的弹性模量/>带入到公式2中的相应公式中计算得到锚固段黏结长度/>。
公式2；
式中为基岩振动频率，/>为危岩体均方根振幅值与基岩均方根振幅值之比，/>为危岩体质量，/>为锚固段厚度，/>为危岩体弹性模量；
步骤3，将危岩体的自重，锚固段黏聚力/>，锚固段黏结长度/>，锚固段内摩擦角/>，危岩体裂隙面倾角/>带入公式3计算得到危岩体的稳定性系数/>：
公式3；
当危岩体的稳定性系数时，表明该危岩体在静力条件下处于欠稳定状态；当危岩体的稳定性系数/>时，表明该危岩体在静力条件下处于基本稳定状态；当危岩体的稳定性系数/>时，表明该危岩体在静力条件下处于稳定状态。
本方法适用于失稳前的滑移型危岩体稳定性分析计算，针对现实存在的危岩体，通过本方法进行计算，不存在稳定性系数的情况，这是因为当/>时，表明危岩体的下滑力大于危岩体与基岩之间的摩擦力，危岩体已经脱落。实际工程中，应根据具体项目需求及相应规范要求对危岩体采取对应的防护措施。
步骤2中，两次激振的振动频率之差大于10%，目的是为了使两次激振得到的危岩体和基岩的振幅比R有明显区别，便于判断振幅比与基岩振动频率成正相关系或负相关系。
本发明以振幅比为指标对危岩体稳定性进行评价，是对现有极限平衡法的一种补充，通过对比不同锚固段黏结长度下危岩体与基岩的最大振幅，结合极限平衡理论构建安全系数与振幅比的关系，实现了基于振幅比的边坡危岩体稳定性的快速判断，达到降低灾害风险和灾害损失目的，为灾害预防与治理、保障边坡水利枢纽工程建设及运行安全提供了技术支撑。
附图说明
图1是本发明实施例中危岩体的现场实拍图片。
图2是本发明实施例中危岩体的结构示意图。
图3是本发明实施例中第一次激振时得到的基岩和危岩体的振动曲线图。
图4是本发明实施例中第二次激振时得到的基岩和危岩体的振动曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明所述基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法，现以位于黄藏寺水利枢纽厂房上部边坡的危岩体为例进行描述。
该水利枢纽厂房建设过程中，边坡开挖及爆破施工导致该危岩体下部产生了裂缝，为了判断该危岩体的稳定性，开展了如下工作：
步骤1，对该危岩体1进行调查，获取危岩体1的特征参数；
地质调查表明，该危岩体1为片麻岩，容重为2678g/cm3，弹性模量为3.9×108Pa，危岩体锚固段2的黏聚力为250kPa、内摩擦角为56°（参照片麻岩岩石强度），锚固段厚度为3mm，质量约为104kg，裂隙面倾角α为42.5°，危岩体1的结构示意图如图2所示；
步骤2，获取危岩体与基岩之间的锚固段黏结长度，步骤如下：
步骤2.1，振动数据采集：
将振动采集仪2分别安装在危岩体1和其下部基岩3上，通过激振（爆破）方法促使基岩3与危岩体1振动，激振进行两次，两次激振的振动频率差别超过10%，每次激振时，当基岩3和危岩体1的表面振动加速度超过1mm/s2时，同时采集基岩3和危岩体1的振动曲线；
步骤2.2，振动数据分析：
振动采集仪2的采样频率设定为100Hz，采集时间设定为5 s；两次采集的危岩体1和基岩3的振动曲线如图3、图4所示；
步骤2.3，
基于两次获得的振动曲线，提取两次基岩3的振动频率、/>分别为40.82 Hz、32.66 Hz，将基岩3与危岩体1的振动曲线数据代入公式1：/>，得到基岩3的均方根振幅值/>、/>分别为6.05 mm/s2、7.70 mm/s2，危岩体1的均方根振幅值值/>、/>分别为6.45 mm/s2、7.995 mm/s2；
将基岩3的均方根振幅值除以危岩体1的均方根振幅值，计算得到两次的振幅比分别为=1.0612、/>=1.0383；
基于公式：可知，若振幅比随着激振频率的增大而增大，则其结构面的锚固段黏结长度大于共振锚固段黏结长度，从而计算出的危岩体1锚固段黏结长度/>为27.9cm；
步骤3，由于该危岩体1裂隙面4张开，且裂隙面倾角α较大，其裂隙面4所提供的抗滑力对危岩体1的稳定影响作用较小，而锚固段岩体对岩体稳定性起关键作用，一旦锚固段贯穿，危岩体将失稳脱落，因此，本示例在采用极限平衡法计算时暂不考虑裂隙面抗滑稳定作用，将计算得到的危岩体1锚固段黏结长度和步骤1获取的特征参数带入公式3，，即得到该危岩体1的稳定性系数K=2.67，危岩体在静力条件下处于稳定状态，最终实现基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价。
Claims (2)
1.一种基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，对待稳定性评价的危岩体进行调查，获取所述危岩体特征参数，包括：岩性、容重、弹性模量、锚固段黏聚力、锚固段内摩擦角、锚固段厚度、裂隙面倾角、质量；
步骤2，获取危岩体与基岩之间的锚固段黏结长度，步骤如下：步骤2.1，将振动采集仪分别固定在危岩体和其下部的所述基岩上，然后通过激振的方法第一次促使基岩和危岩体振动，当基岩和危岩体的表面振动加速度超过1mm/s2时，同时采集基岩和危岩体的振动曲线，从基岩的所述振动曲线中提取本次基岩的振动频率；将基岩和危岩体的振动曲线数据中每一时刻加速度值分别代入公式1，分别计算得到基岩的均方根振幅值/>和危岩体的均方根振幅值/>；
公式1；
其中为振动曲线中的每一时刻的加速度值，n为振动曲线中的加速度采集个数；
将危岩体的均方根振幅值除以基岩的均方根振幅值/>得到振幅比/>，即：/>；
步骤2.2，通过激振的方法第二次促使基岩和危岩体振动，当基岩和危岩体的表面振动加速度超过1mm/s2时，同时采集基岩和危岩体的振动曲线，从基岩振动曲线中提取基岩的振动频率，将基岩和危岩体振动曲线数据中每一时刻加速度值分别代入公式1，分别计算得到基岩的均方根振幅值/>和危岩体的均方根振幅值/>，危岩体的均方根振幅值/>除以基岩的均方根振幅值/>得到振幅比/>；
步骤2.3，获得激振条件下基岩振动频率、/>及对应的振幅比/>、/>，当基岩的振动频率/>与振幅比/>成正比例时，取公式2中的下式；当基岩的振动频率/>与振幅比/>成反比例时，取公式2中的上式；在确认基岩的振动频率/>与振幅比/>的比例关系后将基岩的振动频率/>、振幅比/>、危岩体质量/>、锚固粘结段厚度/>及危岩体的弹性模量/>带入到公式2中的相应公式中计算得到锚固段黏结长度/>；
公式2；
式中为基岩振动频率，/>为危岩体均方根振幅值与基岩均方根振幅值之比，/>为危岩体质量，/>为锚固段厚度，/>为危岩体弹性模量；
步骤3，将危岩体的自重，锚固段黏聚力/>，锚固段黏结长度/>，锚固段内摩擦角/>，危岩体裂隙面倾角/>带入公式3计算得到危岩体的稳定性系数/>：
公式3；
当危岩体的稳定性系数时，表明该危岩体在静力条件下处于欠稳定状态；当危岩体的稳定性系数/>时，表明该危岩体在静力条件下处于基本稳定状态；当危岩体的稳定性系数/>时，表明该危岩体在静力条件下处于稳定状态。
2.根据权利要求1所述基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法，其特征在于：步骤2中，两次激振的振动频率之差大于10%。
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