[發(fā)明專利]一種計(jì)算折線形坡面上滑坡體運(yùn)動(dòng)特征的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611119451.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106777947A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖軍;馮文凱;劉志剛;吳鐘騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙)51241
• 代理人: 曹少華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理運(yùn)動(dòng)學(xué)分析領(lǐng)域，特別涉及一種計(jì)算折線形坡面上滑坡體運(yùn)動(dòng)特征的方法。

背景技術(shù)

目前有多種滑坡體下滑后運(yùn)動(dòng)速度的方法，如理論計(jì)算方法與反演計(jì)算法及間接測(cè)定法等。后兩種方法計(jì)算所得是老滑坡的滑速值，可以在滑坡的運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中作為類比的依據(jù)，在此簡(jiǎn)單的對(duì)理論計(jì)算方法作一介紹。

理論計(jì)算法中具有代表性的是能量法、謝德格爾法、科內(nèi)爾法：

(1)能量法是根據(jù)能量守恒原理，按照如圖1的模型，導(dǎo)出滑塊沿滑面下滑S距離(平距L)后的滑速Vs為：

式中：α-滑面傾角(沿滑動(dòng)方向)(°)；

W-滑體單寬重量(kN/m)；

f、c-滑動(dòng)時(shí)滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)，f為內(nèi)摩擦系數(shù)，c為內(nèi)聚力(kN/m³)；

H-滑體質(zhì)心落差(m)；

l-滑塊與滑面接觸長(zhǎng)(沿滑動(dòng)方向)(m)；

如不考慮c，則可簡(jiǎn)化為：

當(dāng)滑面為非平面時(shí)，可取α、f的平均值作近似計(jì)算。

(2)謝德格爾法(A.E.Scheidegger，1978)：考慮了滑坡體積效應(yīng)。謝德格爾根據(jù)33個(gè)滑坡的調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，滑坡體積與等價(jià)摩擦系數(shù)(滑坡斷壁冠與趾尖連線的斜率f_e，又稱為架空坡斜率A.Heim，1932)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上呈直線關(guān)系。兩者關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式為：

lgf_e＝αlgV+b

式中：V為體積；a＝0.15666；b＝0.6219。

根據(jù)V求出fe后按下式計(jì)算滑速：

(3)科內(nèi)爾法(H.J.Korner，1976)將大型滑坡視為流體，按流體力學(xué)方法計(jì)算滑速。設(shè)定阻力有兩個(gè)部分，一部分由滑動(dòng)摩擦組成，另一部分取決于滑動(dòng)速度的平方：

R₁＝fN

式中：N為法向作用力；N＝ρD_Fcosα(ρ、DF為流體密度和厚度)；ξ為流體紊流系數(shù)；

推算得到：

式中：V₀為初速度；

這幾種方法中，能量法考慮的滑面或運(yùn)動(dòng)路徑為直線，其它兩種方法考慮的是災(zāi)害后的評(píng)價(jià)且參數(shù)不易獲取。這些方法在應(yīng)用上均具有一定局限性，尤其是針對(duì)危害性事前預(yù)測(cè)方面，目前尚無(wú)完善的理論計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提供一種計(jì)算折線形坡面上滑坡體運(yùn)動(dòng)特征的方法，滑坡發(fā)生破壞后滑坡體可能的運(yùn)移距離與速度等運(yùn)動(dòng)特征關(guān)系到滑坡地質(zhì)災(zāi)害可能造成的危害范圍及后果，是滑坡評(píng)價(jià)與治理研究理論界與工程界的熱點(diǎn)問題。采用該方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算得到滑坡破壞后滑體的滑動(dòng)距離與速度等運(yùn)動(dòng)特征，計(jì)算結(jié)果可為滑地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)防治中的災(zāi)害危害性評(píng)價(jià)、預(yù)警區(qū)域設(shè)置及防治工程設(shè)計(jì)等工作提供最直接的數(shù)據(jù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種計(jì)算折線形坡面上滑坡體運(yùn)動(dòng)特征的方法，首先提出如下假設(shè)：滑體沿坡面運(yùn)動(dòng)，僅受到自身重力與坡面的摩擦阻力作用；滑體為剛塑性塊體，僅受到外力作用，不計(jì)其內(nèi)力；滑體在通過(guò)坡面的坡度變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)處時(shí)，一直沿滑坡面運(yùn)動(dòng)而不發(fā)生跳躍，且不考慮轉(zhuǎn)折處的阻滯作用；據(jù)此假設(shè)滑坡滑體剪出口下方有n個(gè)坡面坡度變化段，任取其中第i段進(jìn)行分析。

作為優(yōu)選，分析包括：①由運(yùn)動(dòng)學(xué)基本理論分析滑體沿折線坡面下滑：

在i-1坡面滑出的坡體具有沿坡面的速度V_i-1，則其在第i段坡面的起始下滑速度為V_i-1沿第i段坡面的切向分量：

V_i0＝cos(|a_i-a_i-1|)·V_i-1 (1)

當(dāng)其順第i段坡面下滑時(shí)，根據(jù)假設(shè)條件，滑體受到的下滑力為：

F_ti＝W·sin a_i(2)

式中：W－滑體單寬重量；

α－沿滑動(dòng)方向滑面傾角；

滑體受到的抗滑力為：

式中：a－沿滑動(dòng)方向滑面傾角；

W－滑體單寬重量；

c－滑動(dòng)時(shí)滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)；