[發(fā)明專利]一種地震作用下邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510530805.1
• 申請(qǐng)日: 2015-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105044774A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪班橋;郝建斌;李亞蘭;翟越;郭進(jìn)揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V1/28
• 分類號(hào): G01V1/28
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 景麗娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于邊坡工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種地震作用下邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是一個(gè)多山地、多地震的國(guó)家，同時(shí)也是滑坡廣泛分布的國(guó)家，地質(zhì)災(zāi)害相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年發(fā)生的大小滑坡數(shù)以萬(wàn)計(jì)，地理地質(zhì)條件不可避免地帶來(lái)了大量和地震作用有關(guān)的邊坡問(wèn)題，地震誘發(fā)滑坡在我國(guó)分布非常普遍，特別是我國(guó)西部和西南部山區(qū)，每發(fā)生一次大震，均產(chǎn)生許多地震滑坡。地震誘發(fā)的滑坡災(zāi)害不僅可以造成生命財(cái)產(chǎn)損失，破壞生命工程，其造成的堰塞湖等次生災(zāi)害危害程度有時(shí)甚至超過(guò)地震本身。因地震而導(dǎo)致的滑坡崩塌等次生災(zāi)害主要發(fā)生在多震的西部地區(qū)即陜、甘、寧、新、川、滇、貴、藏等省區(qū)，其中發(fā)生邊坡地震滑坡最的為川滇兩省。就目前而言，我國(guó)在地震區(qū)劃工作中對(duì)邊坡地震崩滑的預(yù)測(cè)，尚無(wú)明確的規(guī)定，通常采用邊坡穩(wěn)定分析的擬靜力法或動(dòng)力有限元法。但是，由于地震觸發(fā)的邊坡崩滑，往往成群出現(xiàn)，數(shù)量眾多，分布區(qū)廣，而分析方法工作量大，投入費(fèi)用高，不能適應(yīng)大范圍、多點(diǎn)位預(yù)測(cè)工作的需要。

地震滑坡作為一種非常嚴(yán)重的地震次生災(zāi)害，早已引起各國(guó)科學(xué)家的重視。最早的關(guān)于邊坡穩(wěn)定性的研究可以追溯到19世紀(jì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)100多年的研究，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法從原來(lái)的定性分析到半定量、定量分析，發(fā)展到現(xiàn)今，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等高科技的種評(píng)價(jià)方法，研究對(duì)象也從對(duì)單一的穩(wěn)定性研究逐漸擴(kuò)大到區(qū)域范圍的地震邊坡穩(wěn)定性的空間預(yù)測(cè)方面。

目前，邊坡靜力穩(wěn)定性分析理論有很多而且已經(jīng)發(fā)展的比較成熟；而邊坡動(dòng)穩(wěn)定性分析還在發(fā)展階段不夠完善，動(dòng)力分析方法主要有：擬靜力法、Newmark方法、數(shù)值分析法、概率分析法以及試驗(yàn)法。

其中，擬靜力法的基本原理是把地震荷載的可變加速度簡(jiǎn)化成豎直和水平兩個(gè)方向的不變加速度；把作用在整個(gè)邊坡上的可變慣性力，轉(zhuǎn)化為作用在潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面上的不變荷載；再結(jié)合極限平衡理論，將作用在潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面上的力進(jìn)行受力分析，計(jì)算出邊坡的安全系數(shù)。擬靜力法的主導(dǎo)思想是用恒定的荷載代替地震動(dòng)荷載。目前，還不能完全確定邊坡破壞的主要原因是地震動(dòng)力造成的。大量的實(shí)踐證明，在含有液化土的地方，用擬靜力法計(jì)算出的安全系數(shù)往往偏大，而不含液化土的地方，用擬靜力法計(jì)算出的安全系數(shù)往往偏小。擬靜力法只考慮了地震動(dòng)力的強(qiáng)度，而沒(méi)有考慮地震力的頻率特性和持時(shí)。

擬靜力法只能得到安全系數(shù)，而不能得出邊坡受地震荷載破壞時(shí)，破壞面的受力狀態(tài)。而Newmark滑塊分析法是Newmark提出的，他認(rèn)為壩堤在地震動(dòng)力荷載下是否穩(wěn)定關(guān)鍵在于地震荷載所產(chǎn)生的位移和變形，而不是有最小安全系數(shù)確定。地震動(dòng)力荷載是短暫的荷載作用并且是往返荷載。慣性力作用時(shí)間短暫，即使某一時(shí)刻的慣性力比較大，產(chǎn)生較大的位移時(shí)，安全系數(shù)可能會(huì)小于1，當(dāng)加速度減小或反向時(shí)，位移會(huì)停止，只要結(jié)構(gòu)不破壞，邊坡還是穩(wěn)定的。當(dāng)?shù)卣饎?dòng)結(jié)束后，如果邊坡不產(chǎn)生進(jìn)一步的位移，邊坡體的強(qiáng)度沒(méi)有顯著地降低，該邊坡還是穩(wěn)定的。這一理論證明了，擬靜力法用最小安全系數(shù)表示邊坡穩(wěn)定性和邊坡內(nèi)最大應(yīng)力決定了邊坡的穩(wěn)定性的錯(cuò)誤看法。把地震荷載看作是變向的短暫荷載，考慮了邊坡位移變化和邊坡的變形，使邊坡地震動(dòng)力分析有比較大的發(fā)展。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)值分析方法分析邊坡工程的穩(wěn)定性得到越來(lái)越多的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)邊坡地震穩(wěn)定性分析常采用的數(shù)值分析方法有快速拉格朗日法、有限元法、離散元法以及邊界元法。現(xiàn)如今，上述方法的理論趨于成熟，已經(jīng)有相關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件。雖然有限元法用于地震動(dòng)力分析效果很好，但是有一個(gè)前提就是有限元法分析的材料是連續(xù)介質(zhì)。當(dāng)需要分析的邊坡巖土體介質(zhì)不連續(xù)或連續(xù)性差時(shí)，計(jì)算結(jié)果可能不準(zhǔn)確。另外，有限元法不能分析對(duì)邊坡穩(wěn)定性有重大影響的幾個(gè)因素，例如巖體裂隙、結(jié)構(gòu)面等，這一不足之處還需要不斷的完善。

試驗(yàn)法通過(guò)材料相似比和縮尺建模，盡最大可能模擬真實(shí)的工程情況。在試驗(yàn)過(guò)程中，能夠直觀的得到邊坡的穩(wěn)定狀況，反應(yīng)邊坡的破壞機(jī)理和邊坡的破壞位置；并且，能夠?qū)吰略诘卣鸷奢d下是否穩(wěn)定做出初步判斷，為數(shù)值分析提供一定的參考。目前，采用的主要試驗(yàn)法是采用振動(dòng)臺(tái)來(lái)模擬地震動(dòng)力。最早利用振動(dòng)臺(tái)模擬地震荷載作用下巖石邊坡在單一滑動(dòng)面下滑動(dòng)特性的人是王思敏，并取得重大成果。王存玉在做二灘拱壩動(dòng)力模型試驗(yàn)時(shí)，得出巖石邊坡地震加速度有豎直和水平兩個(gè)方向都有放大作用。