CN112835099A - 一种边坡地震稳定性判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边坡地震稳定性判定方法，其包括以下步骤：建立岩质基覆边坡的概化模型、选取研究点、计算地震波到达研究点的应力σni、计算下滑剪应力τsi、计算发生剪切破坏的总的下滑力F滑和抗滑力F抗、对稳定性进行判定。本方案合理的考虑了滑体自重应力场，控制性结构面的内摩擦角，内聚力以及地震波的透射、反射系数，基岩、覆盖层的物理力学参数，地震波纵波的入射和位移时程等影响因素，来对地震波对滑体的稳定性影响进行判定。有效提升了地震对边坡稳定性影响判定的准确性和可靠性，可为地震滑坡、泥石流的预防和治理工作提供有针对性的依据，并可以实现对边坡稳定状态的实时掌握。
Description
技术领域
本发明涉及地质活动研究技术领域，具体涉及一种边坡地震稳定性判定方法。
背景技术
大量地震灾害显示，地震中死亡的人没有一个是“振”死的。地震造成人员伤亡的根本原因是地震动对工程结构的破坏以及引发的次生灾害，边坡失稳就是其中最为常见的地震次生灾害之一，在山区或丘陵地区，其危害程度有时甚至超越了地震动引起的结构破坏。因此，针对边坡地震稳定性的研究工作历来是岩土工程与工程地震领域重点课题之一。
特殊的地理环境，活跃的地质构造以及飞速发展的城市化建设又使得边坡地震稳定性问题在我国尤为突出。因此，开展边坡地震稳定性研究，对于我国边坡灾害的风险评估、抗震加固设计以及减轻滑坡灾害造成的损失具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能准确判定边坡地震稳定性的判定方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
S1：建立岩质基覆边坡的概化模型；
S2：将概化模型中的滑体结构面均匀网格化；
S3：选取网格化后的滑体结构面上的某一网格点i作为研究点；
S4：利用地震波到达点i的入射纵波、反射纵波和反射横波计算地震波到达点i时在滑体结构面上的应力σni；
S5：利用应力σni计算点i上的下滑剪应力τsi；
S6：重复步骤S3-S5，计算滑体结构面上其余点的应力和下滑剪应力；
S7：计算滑体结构面发生剪切破坏的总的下滑力F滑和抗滑力F抗：
其中，n为在滑体结构面上选取的研究点个数，i为选取的研究点，τsi为第i个研究点的下滑剪应力，Ai＝0.5(Li-1+Li+1)×1，表示第i个研究点所代表的面积，其中Li-1和Li+1分别为第i-l个网格点和i+1个网格点的边长；σ0i表示点i处的法向自重力；
和Ci分别表示滑体结构面上i点处的内摩擦角和粘聚力。
S8：若K＝F抗/F滑≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F滑>K0，则滑体安全，其中K0为边坡的安全性系数；
S9：计算滑体结构面上发生拉伸破坏的总的拉应力F拉和抗拉力F′抗：
其中，σni为i个研究点的拉应力，σtensioni表示第i个研究点允许拉应力；
S10：若K＝F抗/F拉≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F拉>K0，则滑体安全。
本发明的有益效果为：本方案合理的考虑了滑体自重应力场，控制性结构面的内摩擦角，内聚力以及地震波的透射、反射系数，基岩、覆盖层的物理力学参数，地震波纵波的入射和位移时程等影响因素，来对地震波对滑体的稳定性影响进行判定。有效提升了地震对边坡稳定性影响判定的准确性和可靠性，可为地震滑坡、泥石流的预防和治理工作提供有针对性的依据，并可以实现对边坡稳定状态的实时掌握。
附图说明
图1为边坡地震稳定性判定方法的流程图。
图2为岩质基覆边坡的概化模型图。
图3为地震波的反射和透射分析图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本方案的边坡地震稳定性判定方法包括以下步骤：
S1：建立岩质基覆边坡的概化模型；
大量的地震震害调查结果显示，地震灾区内最为普遍、失稳数量最多的斜坡坡体结构类型为基覆型高陡边坡，而该类型的边坡均存在一个共同点：坡体内部均存在明显的结构面，其两侧材料的性质存在一定差异，并且结构面是影响边坡滑塌的主控因素。基于上述思想，本发明将概化基覆型高陡边坡的几何计算模型，如图2所示。
S2：将概化模型中的滑体结构面均匀网格化；
S3：选取网格化后的滑体结构面上的某一网格点i作为研究点；
地震波传至滑体结构面时，地震波在滑体结构面处将产生大量的透射和反射，并发生波形转换，最终形成了各种类型的地震波如纵波、横波、瑞雷波、洛夫波等，其中以纵波和横波对高陡边坡造成的破坏性最大。因滑体结构面处的作用机理，如图3所示。
S4：利用地震波到达点i的入射纵波、反射纵波和反射横波计算地震波到达点i时在滑体结构面上的应力σni：
其中，λ1为拉梅常数，
为入射纵波，
为反射纵波，
为反射横波；
均为波矢，且
α为纵波的反射角，α′为横波的反射角；μ1为滑体的水平位移，且
均为波矢，且
σ0为初始自重应力场在点i的法向应力。
S5：利用应力σni计算点i上的下滑剪应力τsi：
S6：重复步骤S3-S5，计算滑体结构面上其余点的应力和下滑剪应力；
S7：计算滑体结构面发生剪切破坏的总的下滑力F滑和抗滑力F抗：
其中，n为在滑体结构面上选取的研究点个数，i为选取的研究点，τsi为第i个研究点的下滑剪应力，Ai＝0.5(Li-1+Li+1)×1，表示第i个研究点所代表的面积，其中Li-1和Li+1分别为第i-l个网格点和i+1个网格点的边长；σ0i表示点i处的法向自重力；
和Ci分别表示滑体结构面上i点处的内摩擦角和粘聚力。
S8：若K＝F抗/F滑≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F滑>K0，则滑体安全，其中K0为边坡的安全性系数，利用设计所需的安全性系数K0进行边坡安全性的判断；
S9：计算滑体结构面上发生拉伸破坏的总的拉应力F拉和抗拉力F′抗：
其中，σni为i个研究点的拉应力，σtensioni表示第i个研究点允许拉应力；
S10：若K＝F抗/F拉≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F拉>K0，则滑体安全。
本方案合理的考虑了滑体自重应力场，控制性结构面的内摩擦角，内聚力以及地震波的透射、反射系数，基岩、覆盖层的物理力学参数，地震波纵波的入射角和位移时程等影响因素，来对地震波对滑体的稳定性影响进行判定。有效提升了地震对边坡稳定性影响判定的准确性和可靠性，可为地震滑坡、泥石流的预防和治理工作提供有针对性的依据，并可以实现对边坡稳定状态的实时掌握。
Claims (4)
1.一种边坡地震稳定性判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立岩质基覆边坡的概化模型；
S2：将概化模型中的滑体结构面均匀网格化；
S3：选取网格化后的滑体结构面上的某一网格点i作为研究点；
S4：利用地震波到达点i的入射纵波、反射纵波和反射横波计算地震波到达点i时在滑体结构面上的应力σni；
S5：利用应力σni计算点i上的下滑剪应力τsi；
S6：重复步骤S3-S5，计算滑体结构面上其余点的应力和下滑剪应力；
S7：计算滑体结构面发生剪切破坏的总的下滑力F滑和抗滑力F抗：
其中，n为在滑体结构面上选取的研究点个数，i为选取的研究点，τsi为第i个研究点的下滑剪应力，Ai＝0.5(Li-1+Li+1)×1，表示第i个研究点所代表的面积，其中Li-1和Li+1分别为第i-l个网格点和i+1个网格点的边长；σ0i表示点i处的法向自重力；
和Ci分别表示滑体结构面上i点处的内摩擦角和粘聚力。
S8：若K＝F抗/F滑≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F滑>K0，则滑体安全，其中K0为边坡的安全性系数；
S9：计算滑体结构面上发生拉伸破坏的总的拉应力F拉和抗拉力F′抗：
其中，σni为i个研究点的拉应力，σtensioni表示第i个研究点允许拉应力；
S10：若K＝F抗/F拉≤K0，则滑体危险；若K＝F抗/F拉>K0，则滑体安全。
2.根据权利要求1所述的边坡地震稳定性判定方法，其特征在于，所述应力σni为：
其中，λ1为拉梅常数，
为入射纵波，
为反射纵波，
为反射横波，
均为波矢，且
α为纵波的反射角，α′为偏振横波的反射角，μ1为滑体的水平位移，
均为波矢，且
σ0为初始地应力场在研究点的法向应力。
3.根据权利要求2所述的边坡地震稳定性判定方法，其特征在于，所述水平位移μ1为：
4.根据权利要求1所述的边坡地震稳定性判定方法，其特征在于，所述下滑剪应力τsi为：
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| CN115754225A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-07 | 西南交通大学 | 基于加速度判断上下坡体相互作用的地震稳定性分析方法 |
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| US20190250291A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | China University Of Geosciences, Beijing | Method and system for acquiring probability of slope failure and destabilization caused by earthquake |
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