巨型滑坡多块滑动计算方法技术

本发明专利技术涉及巨型滑坡多块滑动计算方法，属于地质灾害工程领域，用于滑坡灾害稳定性评价和工程防治，包括步骤：(1)查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件；(2)基于有限元程序，建立边坡有限元数值模型；(3)输入边坡地层力学参数；(4)输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算；(5)确定边坡破坏区；(6)不断折减破坏强度参数直至滑动面贯通；(7)确定每一级滑动面拉破坏区；(8)在模型中设定拉破坏区为空单元；(9)对新的数值模型再次进行计算，搜索出多级滑动面。本发明专利技术提供的巨型滑坡多块滑动计算方法，能够准确搜索出巨型滑坡多级滑动面，为巨型多级滑坡稳定性评价及工程防治提供重要依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于地质灾害工程领域，用于滑坡灾害 稳定性评价和工程防治。
技术介绍
在滑坡灾害中，某些规模巨大、轴线较长的滑坡内部由于变形的时间、方向、模式 等特征的不同，由多个小滑坡组成，各个小滑坡之间变形有先后，相互有作用，最终整体形 成多级滑坡。此类多级滑坡的变形特征和力学特性尤其复杂。边坡失稳过程是从局部到整 体渐进性的破坏过程。随着应力集中区域的转移和调整，将形成新的应力集中区域，滑动 面将进一步延伸，最终贯通。巨型滑坡多块滑动的数值模拟是一个困难的问题。对于巨型 滑坡，准确的搜索出多级滑动面及拉破坏区是预测滑坡失稳的关键，也是多级滑坡治理、支 挡结构设计的重要依据。 到目前为止，关于滑坡面搜索的技术方法已经有很多种，其中以极限平衡法为主 的传统算法、以有限元为主的数值模拟计算方法，技术最为成熟，应用最为广泛。然而它们 在多级滑坡的数值模拟应用上都有各自不足。例如：极限平衡法将滑体假设为刚性体，没有 考虑边坡的应力应变关系，不能反映滑坡的变形演化过程，不能反映实际的应力状态；传统 强度折减法计算获得的塑性区往往被扩大化，而且经常出现在边坡的深部，且忽视了拉破 坏区，从而导致拉破坏区及塑性区扩展至整个滑体。
技术实现思路
针对传统数值模拟不能准确搜索巨型滑坡多级滑动面的缺陷，本专利技术基于强度折 减法，通过设置拉破坏区为空单元，提出了一种。 具体的技术方案为： ，包括以下步骤： (1)查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件； (2)基于有限元程序，建立边坡有限元数值模型； (3)输入边坡地层力学参数； 输入的边坡地层力学参数包括岩质边坡的各软弱层及基岩层岩体结构、岩体质 量、地质强度指标GSI和单轴抗压强度力学参数；土质边坡的强度参数和变形参数。 其中，地质强度指标GSI是根据岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态和岩体中不连 续面质量，结合各种地质信息进行的估值。 (4)输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算； 具体的，折减参数为折减系数K、折减范围、折减次数。 力学参数为力学模型、弹性模量G、泊松比y、粘聚力c、内摩擦角巾及抗拉强度， 岩体力学参数由GSI和霍克-布朗准则提供。 (5)确定边坡破坏区； 确定边坡破坏区的方法是：通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至破坏区 出现； (6)不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通； 不断折减破坏区强度参数的方法是：根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏 区强度参数进行折减计算，如式1所示， 其中，c为黏聚力，F为内摩擦角，Cf为破坏区的黏聚力，咿为破坏区的内摩擦角； (7)确定每一级滑动面拉破坏区； 确定每一级滑动面拉破坏区的方法是，选择由步骤（4)、（5)、（6)中搜索出的拉破 坏区，确定拉破坏区深度匕与由拉破坏临界深度公式计算出来的h2进行对比，拉破坏区临 界深度h2由式2计算得来： 其中W为内摩擦角；最终选择最大值作为拉破坏区深度hf，如式4所示： hf=max(h1;h2) (式 4) 〇 (8)在模型中设定拉破坏区为空单元； (9)对新的数值模型再次进行计算，搜索出多级滑动面。新的数值模型是由步骤 (8)重新定义拉破坏区为空单元后的数值模型。 本专利技术提供的，基于强度折减法，能够克服传统数值 计算方法塑性区被扩大化、忽视拉破坏区非连续变形破坏特征等缺陷，准确搜索出巨型滑 坡多级滑动面，为巨型多级滑坡稳定性评价及工程防治提供重要依据，促进了滑坡模拟方 法的发展。【附图说明】 图1是本专利技术技术路线图； 图2是实施实例多级滑动面搜索结果示意图。【具体实施方式】 下面结合工程实例和附图对本专利技术进行详细说明。 四川省理县某滑坡，在降雨和坡脚开挖的影响下，滑坡稳定性下降，滑坡启动并产 生了较大变形。滑坡变形导致坡面裂缝明显增多，原有的地面裂缝加长、加宽，坡体多处形 成多条羽状剪切裂缝。滑坡顶端处形成了一个宽60cm，深120cm的拉破坏区。该滑坡发育于 崩滑坡积层中，滑坡体纵向长约l〇2m，横向平均宽约43m，滑体厚度约Ilm，规模约5X104m3。 经现场调查和综合分析确定滑坡沿基覆界面滑动，为蠕滑一拉裂变形破坏模式。 如图1所示，本实例滑动面搜索步骤如下： 第一步：查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件； 第二步：建立典型剖面数值模型； 根据地质原型建立边坡稳定性计算模型，选取具有代表性的剖面，建立边坡二维 数值计算模型。剖面模型长167m，高110m，共11457个单元，15928个节点； 第三步：输入边坡地层力学参数，包括最软弱层及基岩层岩体结构、岩体质量、地 质强度指标GSI等力学参数，如表1所示，岩体力学参数由GSI和霍克-布朗准则提供； 表1最软弱层及基岩层力学参数 第四步:搜索滑动面 输入相应的折减参数及岩土力学参数，进行有限元计算，岩土力学参数如表2所 示，折减参数如表3所示； 表2岩土体力学参数 确定破坏区，并不断折减破坏区强度参数，直至破坏区贯通； 第五步：确定每一级滑动面拉破坏区 选择步骤第四步中搜索出的拉破坏区，确定拉破坏区深度Ii1，并与由拉破坏临界 深度公式计算出来的匕进行对比，最终选择最大值作为拉破坏区深度。拉破坏区临界深度 h2由式2计算得来： 其中c为粘聚力；y为重度；Ka为土压力系数，由式3计算得来： Ka=tan2 (45' -??/2) (式 3); 其中$为内摩擦角。最终选择最大值作为拉破坏区深度hf，如式4所示： hf=max(h1;h2) (式 4) 〇 第六步：在模型中设定由步骤五确定出的拉破坏区单元为空单元。 第七步；重复步骤四，对由步骤六得出的新数值模型再次进行计算，搜索出多级滑 动面。 结果如图2所示，本专利技术方法搜索出的塑性区3及拉破坏区2与实际滑动面1接 近一致。【主权项】1. ，其特征在于，包括以下步骤： (1) 查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件； (2) 基于有限元程序，建立边坡有限元数值模型； (3) 输入边坡地层力学参数； (4) 输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算； (5) 确定边坡破坏区； 确定边坡破坏区的方法是：通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至破坏区出 现； (6) 不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通； 不断折减破坏区强度参数的方法是：根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏区强 度参数进行折减计算，如式1所示，其中，c为黏聚力，#为内摩擦角，Cf为破坏区的黏聚力，牧为破坏区的内摩擦角； (7) 确定每一级滑动面拉破坏区； (8) 在模型中设定拉破坏区为空单元； (9) 对新的数值模型再次进行计算，搜索出多级滑动面。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：在所述步骤（3) 中，输入的边坡地层力学参数包括岩质边坡的各软弱层及基岩层岩体结构、岩体质量、地质 强度指标GSI和单轴抗压强度力学参数；土质边坡的强度参数和变形参数。3. 根据权利要求2所述的，其特征在于：所述的地质强度 指标GSI是根据岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态和岩体中不连续面质量，结合各种地质 信息进行的估值。4. 根据权利要求1所述的，其特征在于：在所述步骤（4) 中，折减参数为折减系数K、折减范围、折减次数。5. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
巨型滑坡多块滑动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件；(2)基于有限元程序，建立边坡有限元数值模型；(3)输入边坡地层力学参数；(4)输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算；(5)确定边坡破坏区；确定边坡破坏区的方法是：通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至破坏区出现；(6)不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通；不断折减破坏区强度参数的方法是：根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏区强度参数进行折减计算，如式1所示，(式1)其中，c为黏聚力，为内摩擦角，cf为破坏区的黏聚力，为破坏区的内摩擦角；(7)确定每一级滑动面拉破坏区；(8)在模型中设定拉破坏区为空单元；(9)对新的数值模型再次进行计算，搜索出多级滑动面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国庆，黄润秋，赵聪，张国峰，张岩，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51