一种地震作用下边坡稳定性预测方法技术

本发明专利技术公开了一种地震作用下边坡稳定性预测方法，包括步骤：一、待预测边坡稳定性影响因子确定：6个影响因子包括4个内部因子和2个外部因子；4个内部因子分别为待预测边坡的地质条件、坡角A、坡高H和距断裂带距离R，2个外部因子分别为待预测边坡所处区域的降雨强度和地震烈度s；二、边坡稳定性影响指标赋值：对待预测边坡的6个边坡稳定性影响指标分别进行赋值；三、待预测边坡稳定性影响综合指标值计算：根据6个边坡稳定性影响指标，计算得出待预测边坡的稳定性影响综合指标值H；四、待预测边坡稳定性预测。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速完成地震作用下边坡稳定性的预测过程，并且预测精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于边坡工程
，尤其是涉及一种地震作用下边坡稳定性预测方 法。
技术介绍
我国幅员辽阔，地质构造复杂，是一个多山地、多地震的国家，同时也是滑坡广泛 分布的国家，地质灾害相当严重。据统计，我国每年发生的大小滑坡数以万计，地理地质 条件不可避免地带来了大量和地震作用有关的边坡问题，地震诱发滑坡在我国分布非常普 遍，特别是我国西部和西南部山区，每发生一次大震，均产生许多地震滑坡。地震诱发的滑 坡灾害不仅可以造成生命财产损失，破坏生命工程，其造成的堰塞湖等次生灾害危害程度 有时甚至超过地震本身。因地震而导致的滑坡崩塌等次生灾害主要发生在多震的西部地区 即陕、甘、宁、新、川、滇、贵、藏等省区，其中发生边坡地震滑坡最的为川滇两省。就目前而 言，我国在地震区划工作中对边坡地震崩滑的预测，尚无明确的规定，通常采用边坡稳定分 析的拟静力法或动力有限元法。但是，由于地震触发的边坡崩滑，往往成群出现，数量众多， 分布区广，而分析方法工作量大，投入费用高，不能适应大范围、多点位预测工作的需要。 地震滑坡作为一种非常严重的地震次生灾害，早已引起各国科学家的重视。最早 的关于边坡稳定性的研究可以追溯到19世纪，经过长达100多年的研究，边坡稳定性评价 的方法从原来的定性分析到半定量、定量分析，发展到现今，结合计算机技术、人工智能等 高科技的种评价方法，研究对象也从对单一的稳定性研究逐渐扩大到区域范围的地震边坡 稳定性的空间预测方面。 目前，边坡静力稳定性分析理论有很多而且已经发展的比较成熟；而边坡动稳定 性分析还在发展阶段不够完善，动力分析方法主要有：拟静力法、Newmark方法、数值分析 法、概率分析法以及试验法。 其中，拟静力法的基本原理是把地震荷载的可变加速度简化成竖直和水平两个方 向的不变加速度；把作用在整个边坡上的可变惯性力，转化为作用在潜在危险滑动面上的 不变荷载；再结合极限平衡理论，将作用在潜在危险滑动面上的力进行受力分析，计算出边 坡的安全系数。拟静力法的主导思想是用恒定的荷载代替地震动荷载。目前，还不能完全 确定边坡破坏的主要原因是地震动力造成的。大量的实践证明，在含有液化土的地方，用拟 静力法计算出的安全系数往往偏大，而不含液化土的地方，用拟静力法计算出的安全系数 往往偏小。拟静力法只考虑了地震动力的强度，而没有考虑地震力的频率特性和持时。 拟静力法只能得到安全系数，而不能得出边坡受地震荷载破坏时，破坏面的受力 状态。而Newmark滑块分析法是Newmark提出的，他认为坝堤在地震动力荷载下是否稳定 关键在于地震荷载所产生的位移和变形，而不是有最小安全系数确定。地震动力荷载是短 暂的荷载作用并且是往返荷载。惯性力作用时间短暂，即使某一时刻的惯性力比较大，产生 较大的位移时，安全系数可能会小于1，当加速度减小或反向时，位移会停止，只要结构不破 坏，边坡还是稳定的。当地震动结束后，如果边坡不产生进一步的位移，边坡体的强度没有 显著地降低，该边坡还是稳定的。这一理论证明了，拟静力法用最小安全系数表示边坡稳定 性和边坡内最大应力决定了边坡的稳定性的错误看法。把地震荷载看作是变向的短暂荷 载，考虑了边坡位移变化和边坡的变形，使边坡地震动力分析有比较大的发展。 随着计算机技术的发展，利用数值分析方法分析边坡工程的稳定性得到越来越多 的应用，目前国内外对边坡地震稳定性分析常采用的数值分析方法有快速拉格朗日法、有 限元法、离散元法以及边界元法。现如今，上述方法的理论趋于成熟，已经有相关的开发软 件。虽然有限元法用于地震动力分析效果很好，但是有一个前提就是有限元法分析的材料 是连续介质。当需要分析的边坡岩土体介质不连续或连续性差时，计算结果可能不准确。另 外，有限元法不能分析对边坡稳定性有重大影响的几个因素，例如岩体裂隙、结构面等，这 一不足之处还需要不断的完善。 试验法通过材料相似比和缩尺建模，尽最大可能模拟真实的工程情况。在试验过 程中，能够直观的得到边坡的稳定状况，反应边坡的破坏机理和边坡的破坏位置；并且，能 够对边坡在地震荷载下是否稳定做出初步判断，为数值分析提供一定的参考。目前，采用的 主要试验法是采用振动台来模拟地震动力。最早利用振动台模拟地震荷载作用下岩石边坡 在单一滑动面下滑动特性的人是王思敏，并取得重大成果。王存玉在做二滩拱坝动力模型 试验时，得出岩石边坡地震加速度有竖直和水平两个方向都有放大作用。 概率分析法是考虑了边坡在受到地震动力时的诸多不确定性因素的一种分析方 法。其中，不确定因素，如：组成边坡材料的不确定性、介质的不连续性、地震荷载的随机性 等，这些不确定性的因素会对分析的结果产生很大的误差。在分析时，不能够忽略这些不确 定性因素，因此地震边坡概率分析方法应运而生。HalatchevRossen A(1992)在Sarma解 的基础上提出了一种概率算法来分析堤坝和边坡稳定性。Al-HomoudAS (2000)也对概率分 析有不少贡献，他提出了土体边坡和堤坝在地震荷载作用下的概率三维稳定性分析模型， 考虑了以下不确定性因素：土体抗剪强度在实验室条件下和现场条件下测得的大小的差异 性，地震荷载加速度的随机性以及震动时土体强度的变化。 除上述几种主要分析方法外，还有各种用于不确定性、随机性分析的斜坡稳定性 评价方法也蓬勃发展起来，如综合指标法、神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色理论、敏感 性分析等均在不同工程中开始研究与应用。 其中，综合指标法是指运用各种综合统计指标，从具体数量方面对研究对象的规 模及特征所进行的概括和分析的方法。地震滑坡的发生是多种因素共同作用的结果，且不 同因素在滑坡中所起的作用是不同的，为了反映不同因子在滑坡中所处的地位，科学的预 测边坡的动稳定性，可建立综合指标法。用综合指标法预测边坡动稳定性就是把各项影响 因子在滑坡形成中的作用以一种数字值来表示，然后对这些量值按一定的公式进行计算、 综合，把计算所得的综合指标值与滑坡发生临界值相对比，以判断滑坡发生的危险程度。 1993年国际土力学及基础工程协会，岩土地震工程委员会提出了一个按三级预测 地震崩滑的方法；这个方法既能满足不同阶段的区划要求，又能做到快速预测，节省时间， 节约费用。1996年我国部分学者开始对该方法中的第二级方法进行了研究，提出了初步成 果，该成果在综合考虑地质、地貌、地震、降雨等对滑坡的共同作用的基础上，确定以岩性构 造、坡高、坡角、地震、降雨为主要影响因子，提出了各因子分级赋值的原则和方案，建立了 可对不同因子进行区分和量化的、含5个因子的综合指标法计算式，取得了新进展。上述成 果表明了滑坡的产生是外部因素（地震、降雨）相加作用于内部因素（坡高、岩性、坡角） 的结果。上述综合指标计算式只研究了岩性构造、坡高、坡角、地震、降雨五个因素，未涉及 影响边坡动稳定性的其他因素，在精确性上有些不足。 但是通过对全国地震地区的滑坡进行分析发现，地震滑坡的发生不仅仅是这几种 因素作用的结果，滑坡的发生同时与距断裂带的距离也有一定关系，因而不应只研究岩性 构造、坡高、坡角、地震、降雨五个因素，还需对边坡距断裂带距离做具体研究。地震作用下 滑坡的分布与其距断裂带距离有着十分密切的关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震作用下边坡稳定性预测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、待预测边坡稳定性影响因子确定：对影响待预测边坡稳定性的6个影响因子分别进行确定；6个所述影响因子包括4个内部因子和2个外部因子；4个所述内部因子分别为待预测边坡的地质条件、坡角A、坡高H和距断裂带距离R，所述距断裂带距离R为待预测边坡距地震断裂带的水平垂直距离；2个所述外部因子分别为待预测边坡所处区域的降雨强度和地震烈度s，所述降雨强度为年均降雨量P；其中，对待预测边坡的地质条件进行确定时，根据待预测边坡的地质情况，对待预测边坡的岩土状况与构造状况分别进行确定；所述岩土状况包括岩土性质与结构，所述构造状况包括新构造运动和地质构造；对坡角A、坡高H和距断裂带距离R进行确定时，采用测量工具对待预测边坡的坡角A、坡高H和距断裂带距离R分别进行测量；步骤二、边坡稳定性影响指标赋值：根据步骤一中确定的6个所述影响因子，对待预测边坡的6个边坡稳定性影响指标分别进行赋值；6个边坡稳定性影响指标分别为地质条件影响指标S、坡角影响指标Sα、坡高影响指标Sh、距断裂带距离影响指标Rs、降雨强度影响指标Tp和地震烈度影响指标Ts；其中，S＝S11×S12(2)；式(2)中，S11为岩土状况影响指标且其根据步骤一中所确定的待预测边坡的岩土状况进行赋值；S11为正整数且S11＝5～1，待预测边坡的岩石越坚硬且结构越完整，说明待预测边坡的岩土状况越稳定，S11的取值越小；S12为构造状况影响指标且其根据步骤一中所确定的待预测边坡的构造状况进行赋值；S12为正整数且S12＝5～1，待预测边坡的新构造运动越微弱且地质构造中断裂情况越轻微，说明待预测边坡的构造状况越稳定，S11的取值越小；Sα根据步骤一中所确定的待预测边坡的坡角A进行赋值；Sα为正整数且Sα＝5～1，待预测边坡的坡角A越小，Sα的取值越小；Sh根据步骤一中所确定的待预测边坡的坡高H进行赋值；Sh为正整数且Sh＝5～1，待预测边坡的坡高H越小，Sh的取值越小；Rs根据步骤一中所确定的待预测边坡的距断裂带距离R进行赋值；Rs为正整数且Rs＝5～1，待预测边坡的距断裂带距离R越大，Rs的取值越小；Tp根据步骤一中所确定的待预测边坡所处区域的年均降雨量P进行赋值；Tp为正整数且Tp＝5～1，待预测边坡所处区域的年均降雨量P越小，Rs的取值越小；Ts根据步骤一中所确定的待预测边坡所处区域的地震烈度s进行赋值；Ts为正整数且Ts＝5～1，待预测边坡所处区域的地震烈度s越小，Rs的取值越小；步骤三、待预测边坡稳定性影响综合指标值计算：根据步骤二中所述的6个边坡稳定性影响指标，并按照公式H＝(S×Sα×Sh×Rs)(Ts+Tp)(3)，计算得出待预测边坡的稳定性影响综合指标值H；步骤四、待预测边坡稳定性预测：根据步骤三中计算得出的稳定性影响综合指标值H，对待预测边坡的稳定程度进行预测；其中，稳定性影响综合指标值H的数值越大，说明待预测边坡的稳定程度越差。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪班桥，郝建斌，李亚兰，翟越，郭进扬，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61