[發明專利]一種三維蠕變邊坡的長期穩定性預測方法

有效

• 申請號: 201410471478.2
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104268380B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 周小平;程浩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶大學專利中心50201
• 代理人: 唐開平

技術領域

本發明屬于地質災害防控技術領域，具體涉及一種三維蠕變邊坡的長期穩定性預測方法。

背景技術

巖土邊坡的蠕變目前在國內外的研究尚少，但因對巖石特性包括巖土體流變特性研究不夠而導致延誤施工甚至工程失敗的先例不勝枚舉，意大利瓦依昂(Vajont)庫岸蠕滑破壞是其中之一。自1966年第1屆國際巖石力學會議以來的歷次國際會議上，都有不少關于巖石流變性研究的論文。在第1屆國際巖石力學會議上，Zischinsky用流變學模型描述了高邊坡的變形，并指出巖土體的蠕變在高邊坡變形中起重要作用。

工程實踐與研究表明，巖土邊坡工程的破壞與失穩，在許多情況下并不是在開挖形成以后立即發生，巖土體應力與變形是隨時間變化而不斷地調整，其調整的過程往往需要延續一個較長的時期。邊坡蠕變是指組成邊坡的巖體和土體在自重應力以及以水平應力為主的構造應力場的作用下，變形隨時間而持續增加的性質。產生邊坡變形的原因是多方面的，地質作用、地下水流、溫度變化、植被作用等都可以產生邊坡的宏觀變形。但就巖土體本身而言，邊坡與時間有關的變形主要是由巖土體蠕變引起的，因此，研究邊坡變形時，應特別注意巖土體材料的蠕變特性與邊坡蠕變特性之密切關系。

目前對蠕變邊坡的性分析，主要還局限于分析二維蠕變邊坡問題，例如，“考慮巖土蠕變特性的邊坡長期穩定性研究”，蔣海飛，胡斌，劉強，王新剛，金屬礦山，2013年第12期，第131～157頁，記載了采用考慮巖土蠕變特性的強度折減法對十堰某建筑場地邊坡進行位移計算，得到了監測點在不同折減系數下的蠕變曲線。但是自然界的邊坡工程問題通常具有三維特征，故用二維蠕變邊坡的方法來分析三維蠕變邊坡，與實際的情況存在明顯差異，由此獲得的滑動位移結果必然不可靠，得到的可靠性不能完全滿足工程要求。

發明內容

針對現有技術用二維蠕變邊坡的穩定性分析方法存在與實際狀態的差異，本發明所要解決的技術問題就是提供一種三維蠕變邊坡的長期穩定性預測方法，它能夠結合三維邊坡滑動的位移量，計算獲得該三維邊坡的穩定系數，從而提高預測的可靠性。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括有以下步驟：

步驟1、選定具體待預測的三維蠕變邊坡，確定該三維邊坡及其潛在滑裂面的幾何尺寸，將潛在滑裂面和邊坡表面用方程表示，確定巖土的土體指標參數；

步驟2、將三維蠕變邊坡離散化，三維蠕變邊坡被垂直離散為m行和n列條柱，每個條柱按所在的行號i和列號j定義為[i,j]；假定行方向的條柱間作用力與水平面夾角為±α，假定列方向的條柱間作用力與水平面夾角為±β；

步驟3、引入強度折減法，折減系數為RF，和摩爾庫倫準則，來計算巖土體的長期抗剪強度；再根據西原體模型，確定第[i,j]條柱底面的剪力與該條柱的剪切位移之間的關系；利用離散后的各條柱的位移協調條件，得到第[i,j]條柱底面的剪切力與關鍵點豎向位移Δ₀的關系；

步驟4、根據3個力的平衡方程和3個力矩的平衡方程，并結合[i,j]條柱底面的剪力與關鍵點豎向位移的關系式，建立一個含有未知數α，β，Δ₀，RF和蠕變時間t的非線性方程組；求解該方程組，得到不同折減系數和不同的時刻所對應關鍵點的豎向位移Δ₀；進而得到不同折減系數下該三維蠕變邊坡的長期豎向位移的關系；關鍵點長期豎向位移陡增處對應的折減系數RF值為該三維蠕變邊坡的穩定系數，從而判斷該三維蠕變邊坡的長期穩定性。

由于本發明在三維蠕變邊坡離散化后，根據3個力平衡方程和3個力矩的平衡方程，并且考慮了三維蠕變邊坡的滑動位移量，得到不同折減系數下該三維蠕變邊坡的長期滑動位移的關系。從而判斷該三維蠕變邊坡的長期穩定系數。另外，所有建模過程都能程序化，便于操作和編程，通過計算機實現三維蠕變邊坡滑動位移的預測，大大的減少了人為的計算量。所以本發明的優點是：考慮了巖土體的蠕變特性和蠕變邊坡的滑動位移信息，提高了計算精度，三維蠕變邊坡的長期穩定性預測結果更為可靠。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的一個實施例的邊坡潛在滑裂面和邊坡表面的剖面圖；

圖2為三維蠕變邊坡離散化結構圖；

圖3為離散化條柱的受力模型圖；

圖4為巖土體的西原體模型示意圖；

圖5為實施例的不同折減系數下的關鍵點豎向位移Δ₀隨時間變化的關系圖；

圖6為實施例的關鍵點長期豎向位移隨折減系數的關系圖。

具體實施方式