[發明專利]一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法

有效

• 申請號: 201810600917.3
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108733961B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 孫杰;孔俊;韓笑;吳彥;王青
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，基于試驗測量和歷史數據取得研究邊坡的形態特征信息以及邊坡土體的地質參數和水文參數；

步驟2，建立坐標系，沿坡長方向分段取點測量邊坡內部的初始條件，或者利用邊坡初始邊界條件來模擬邊坡內部的初始條件，建立一維水文模型；

步驟3，依據滑坡誘發因素作用下邊坡邊界條件的相應變化，模擬滑坡誘發因素作用下隨后邊坡內部的水文過程，并得出各個時刻的邊坡內部水位線；

步驟4，在模擬隨后邊坡內部水文過程的同時，將各個時刻的水位線和相應邊坡內部含水量分布信息代入邊坡穩定安全系數計算公式計算實時邊坡最小穩定安全系數，并分析繪出邊坡最小穩定安全系數變化流程線；

步驟5，分析邊坡最小穩定安全系數變化過程線，判斷邊坡的最早失穩時間與相應的失穩面積；

在步驟4計算穩定安全系數時沿坡長方向分塊計算，邊坡穩定安全系數計算公式為：

式中：F_sn是邊坡的穩定安全系數；τ_f是抗剪能力；τ是下滑力；c′是土體有效內粘聚力；n代指沿坡長方向的分段；G是土體自重；γ_w是水容重；是土體有效內摩擦角；

土體自重G基于步驟3中得到的水位線和步驟1中的改進VG函數求得：

其中：γ是土體濕重度，γ_d是土體干容重在步驟4中衡量邊坡的穩定性時，不僅計算了邊坡的整體穩定安全系數，同時計算邊坡的局部穩定安全系數，在每一時刻取其中最小的值作為穩定安全系數來判斷邊坡的實時穩定性：

F_s＝min F_sm(m＝1,2,…,n) (6)

其中：F_sm是邊坡的局部穩定安全系數，等于第m塊及其下方土體的整體穩定性，n為分塊數量；

繪出邊坡最小穩定安全系數變化過程線。

2.根據權利要求1所述的一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法，其特征在于：

在步驟1獲得邊坡土體的水文參數時，基于公式(1)由原始的VG參數取得改進后的VG參數，對非飽和區內部的含水率和滲透率進行重新計算：

式中：θ是土體含水率，θ_s和θ_r分別是土體飽和含水率和殘余含水率；K_s和K(ψ)分別是飽和土和非飽和土的滲透系數；ψ是基質吸力；n₁、n₂、α、β是改進后的VG函數參數。

3.根據權利要求1所述的一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法，其特征在于：

坐標系的橫坐標軸x方向與坡面平行并指向上游，縱坐標z軸方向與坡面垂直并指向上方，零點位于下游坡腳內部。

4.根據權利要求1所述的一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法，其特征在于：

步驟2模擬邊坡內部的初始條件與水文過程時考慮非飽和區對邊坡內部水分運移和水分分布的影響；忽略垂直方向與側向的流動，考慮沿坡長方向的流動，一維水文模型的控制方程表達為式(2)：

非飽和區的作用為在非飽和區的儲水能力以及非飽和區內的側向流動，考慮了非飽和作用后：

式中：w是寬度；q是單寬流量；N是由于降雨因素引起的單位面積含水量變化量；t是時間，q_s和q_us分別是飽和土和非飽和土的單寬流量；h是邊坡內部水位高度；D是邊坡厚度；i是邊坡度；f是排水密度；x、z則分別指示橫、縱坐標軸方向。

5.根據權利要求1所述的一種考慮非飽和區作用的邊坡滑移穩定性判別方法，其特征在于：

步驟5通過分析步驟4中得到的邊坡最小穩定安全系數變化過程線，從中判斷邊坡的最早失穩時間與相應的失穩面積。