一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，包括如下步骤：步骤一：边坡最危险滑移面的确定；步骤二：边坡正交应变监测网格的布置；步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录；步骤四：边坡监测网格正交应变比参数的确定；步骤五：边坡正交应变比稳定性判据与滑移塑性区的测定；步骤六：边坡坡体损伤变量及损伤变量临界值的确定；步骤七：边坡整体稳定性分析与评价；步骤八：边坡整体滑移面的确定。本方法可准确确定边坡塑性区及评价边坡稳定性，在边坡稳定性和滑坡地质灾害监测预警与防治中具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及边坡稳定性评价与滑坡地质灾害监测预警
，具体涉及一种基于岩土体正交应变比参数的土层边坡稳定性评价方法。
技术介绍
我国是世界上滑坡灾害最严重的国家之一，其滑坡灾害具有分布范围广、发生频率高的特点，长期以来对我国工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。随着近年来社会经济的迅速发展，越来越多大型工程进行修建，致使滑坡灾害的发生规模与频率呈现逐渐增强的趋势，已成为对人类社会安全有极大威胁与影响的地质环境灾害之一。由于受到边坡几何形状、土体参数，以及地质条件差异等综合因素的影响，边坡稳定性评价与监测预警及其防治技术至今没有很好的满足工程建设的安全与减灾防灾的要求，其中最突出的问题就是边坡稳定性的位移监测定量判据及滑坡滑移面的确定问题。因此，如何科学、准确地对边坡稳定性进行超前分析与判定，是边坡稳定性评价与滑坡灾害防治领域中亟待解决的课题之一。目前在边坡工程稳定性评价领域，运用最为广泛和实用的方法是极限平衡法、有限元数值分析法与位移时序法等。其中极限平衡法如Fellenuis(费伦纽斯)法、Terzaghi法、Bishop法、Janbu法等，均是以刚体极限平衡理论为基础，将滑坡坡体进行简化，将滑坡坡体视为刚体并假设滑移面为圆弧形滑移面，分析其沿滑移面的力学平衡状态，进而分析和确定边坡的稳定性。由于此类方法不考虑材料的应力应变关系，因而无法考虑变形与稳定的关系，且该类方法对滑坡边界条件及坡体物理力学参数的要求极为苛刻，建立力学评价模型为不含时间因素的静态评价模型，因此也无法评价边坡稳定性随时间的变化规律。此外，该方法假设边坡滑移面为圆弧滑移面也存在一定的局限性，因为对于非均质土层边坡，其地质条件复杂性与应力分布的不均匀性，边坡通常并不是沿单一均匀的圆弧滑移面破坏，滑面形状实际上往往呈非圆弧任意形状，这种情况下极限平衡法仍将滑面简化为圆弧滑移面，很难真实反映边坡稳定性状态，由此导致错误的评价结果。以有限元为代表的数值计算方法，在边坡稳定性分析中也发挥着十分重要的作用，这类方法考虑了边坡岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响，而且能给出边坡岩土体中应力应变分布情况及分析边坡破坏的发生及发展过程等。然而这类方法很难给出一个明确的稳定性安全系数，很难给出一个明确的滑移面，此外该类方法计算复杂，不易被技术人员掌握，因此在一定程度上也限制了其在工程中的应用。与极限平衡法与有限元法相比，位移时序预测方法以边坡位移监测为基础、以位移参数及其变化作为边坡稳定与否和稳定程度的预测参数与评价准则。其位移监测以其精度高、易实施，且反映边坡稳定性状态综合直观等优点，所以该类方法在某种程度上克服了极限平衡法与有限元法的不足与局限，并已在我国重大工程边坡稳定性监测与滑坡防治领域得到了广泛的应用且发挥了重要作用。然而该方法所采用的位移预测参数是一个极易受外界因素干扰而出现振荡及多期加速阶梯状振荡变化的监测评价参数，且这种位移加速阶梯状振荡变化并不一定能代表边坡的稳定性降低或滑坡的整体失稳，此外该类方法的位移预测参数没有统一失稳判据，其临界失稳位移值随边坡的规模、岩土体类型等因素变化而不同，因而无法依据其临界失稳判据对滑坡灾害的发生时间做出准确判别与预测。此外，该类方法主要通过监测钻孔深部位移的变化，根据位移的突变随时监测边坡滑移面的出现，然而位移的突变并不一定预示坡体一定出现塑性区，因动力(如降雨、库水位)的突变也可引发其位移的突变，所以单纯依靠位移参数确定边坡滑移面存在一定的或然性和不确定性。
技术实现思路
针对上述传统土层边坡稳定性评价方法的局限与不足，本专利技术研究和确定了基于正交应变比参数的边坡稳定性评价方法，该方法在用极限平衡法确定边坡最危险滑移面的基础上，采用多点应变计或分布式应变计传感器组成监测网格监测边坡坡体内水平横向与垂直竖向应变，以此为基础确定正交应变比参数，并根据正交应变比参数的变化规律可确定边坡的塑性区范围。同时，依据损伤变量原理确定边坡损伤变量及其稳定性判据，进而对边坡稳定性进行评价，以达到对边坡进行科学、有效、及时预警及治理的目的。本专利技术的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，是通过下述方案实现的，包括如下步骤：步骤一：边坡最危险滑移面的确定；步骤二：边坡正交应变监测网格的布置；步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录；步骤四：边坡监测网格正交应变比参数的确定；步骤五：边坡正交应变比稳定性判据与滑移塑性区的测定；步骤六：边坡坡体损伤变量及损伤变量临界值的确定；步骤七：边坡整体稳定性分析与评价；步骤八：边坡整体滑移面的确定。进一步地，各步骤的具体方法如下：步骤一：边坡最危险滑移面的确定对待评价边坡进行初步勘察与测绘，确定边坡分布范围与几何尺寸特征，根据Fellenuis法，假定其边坡滑移面形状为圆弧滑移面，确定出边坡内部可能发生滑移的多个潜在滑移面及相应滑移面的稳定性系数FS；对比各确定的稳定性系数FS，并取其最小值作为边坡的整体稳定性系数，其相应的圆弧线即为最危险滑移面。(所述的Fellenuis法及稳定性系数FS的确定均是本领域公知常识及常规技术手段。)对均质粘性土坡：当内摩擦角时，其最危险滑移面通过坡脚；当时，其最危险滑移面通过或不通过坡脚，这取决于土坡坡脚和坡底下卧硬土层埋藏深度(见原理1)。步骤二：边坡正交应变监测网格的布置(1)在边坡主滑区确定一代表性坡体横断面，并以此确定最危险滑移面与边坡顶面交点；(2)沿该边坡横断面从坡顶至坡脚以间距0.5m-1m布置m根沿水平方向均匀分布的多点应变计或分布式应变计；其中m>1；(3)在边坡顶与最危险滑移面的边坡顶面交点之间，沿上述坡体横断面1.5d-2d横向距离的另一横断面以间距0.5m-1m垂直布置n根竖向均匀分布的多点应变计或分布式应变计，所述d为水平方向所选用的应变计的埋设孔径直径；在最危险滑移面的边坡顶面交点外侧以间距1m-3m垂直布置1～3根竖向多点应变计或分布式应变计，以此构成m×[n+(1～3)]的的正交多点应变计或分布式应变计监测网，并保证水平应变计与竖向应变计之间互不干扰；其中n>1；(4)在应变计与边坡坡体接触表面埋设传感器装置与数据采集系统，且保证埋设的传感器不改变边坡自身稳定状态，从而形成水平与垂直方向交叉分布的应变监测网格。步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录将第i行与第j列应变计交点处的结点命名为结点Ji-j，其中i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：边坡最危险滑移面的确定；步骤二：边坡正交应变监测网格的布置；步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录；步骤四：边坡监测网格正交应变比参数的确定；步骤五：边坡正交应变比稳定性判据与滑移塑性区的测定；步骤六：边坡坡体损伤变量及损伤变量临界值的确定；步骤七：边坡整体稳定性分析与评价；步骤八：边坡整体滑移面的确定。

【技术特征摘要】
1.一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：边坡最危险滑移面的确定；
步骤二：边坡正交应变监测网格的布置；
步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录；
步骤四：边坡监测网格正交应变比参数的确定；
步骤五：边坡正交应变比稳定性判据与滑移塑性区的测定；
步骤六：边坡坡体损伤变量及损伤变量临界值的确定；
步骤七：边坡整体稳定性分析与评价；
步骤八：边坡整体滑移面的确定。
2.根据权利要求1所述的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，步
骤一的具体方式为：对待评价边坡进行初步勘察与测绘，确定边坡分布范围与几何尺寸特
征，根据Fellenuis法，假定其边坡滑移面形状为圆弧滑移面，确定出边坡内部可能发生滑
移的多个潜在滑移面及相应滑移面的稳定性系数FS；对比各确定的稳定性系数FS，并取其最
小值作为边坡的整体稳定性系数，其相应的圆弧线即为最危险滑移面。
3.根据权利要求2所述的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，对
均质粘性土坡：当内摩擦角时，其最危险滑移面通过坡脚；当时，其最危险滑移面
通过或不通过坡脚。
4.根据权利要求1所述的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，步
骤二的具体方式为：
(1)在边坡主滑区确定一代表性坡体横断面，并以此确定最危险滑移面与边坡顶面交
点；
(2)沿该边坡横断面从坡顶至坡脚以间距0.5m-1m布置m根沿水平方向均匀分布的多点
应变计或分布式应变计；
(3)在边坡顶与最危险滑移面的边坡顶面交点之间，沿上述坡体横断面1.5d-2d横向距
离的另一横断面以间距0.5m-1m垂直布置n根竖向均匀分布的多点应变计或分布式应变计，
所述d为水平方向所选用的应变计的埋设孔径直径；在最危险滑移面的边坡顶面交点外侧
以间距1m-3m垂直布置1～3根竖向多点应变计或分布式应变计，以此构成m×[n+(1～3)]的
正交多点应变计或分布式应变计监测网，并保证水平应变计与竖向应变计之间互不干扰；
(4)在应变计与边坡坡体接触表面埋设传感器装置与数据采集系统，且保证埋设的传
感器不改变边坡自身稳定状态，从而形成水平与垂直方向交叉分布的应变监测网格。
5.根据权利要求1所述的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，步
骤三的具体方式为：将第i行与第j列应变计交点处的结点命名为结点Ji-j，其中i＝1、2、…
m，j＝1、2、…n，并以k天为时间间隔同步同周期分别对监测网格各结点Ji-j的边坡垂直与水
平应变进行实时监测，应变计的监测数据通过数据采集系统读出，并根据监测数据采集系
统分别记录下不同时刻监测网格各结点Ji-j处水平应变值εx与垂直应变值εy，并将整理好的
数据详细录入Excel表格，进行数据记录。
6.根据权利要求1所述的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，其特征在于，步
骤四的具体方式为：将某一时刻边坡监测结点处垂直应变与水平应变的比值定义为边坡该
正交结点的正交应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，郭璐，王菲，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37