基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法技术

本发明专利技术涉及基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法，该评价方法结合现场勘查资料以及相关建模方法采用大变形数值模拟法建立相应数值模型并确定滑坡路径上不同位置的滑体形态轮廓线及关键位置坐标；基于环剪或直剪试验确定滑体‑坡面交界面的残余剪切强度；利用极限平衡法分析计算滑坡路径上不同位置和滑体形态的滑坡体安全系数，即FOS计算；确定规范要求的安全系数FOS规范，其中具体安全系数的确定需考量的指标包括滑动距离，滑体速度，危险范围内的人数，承灾体的土地资源类型；构建滑坡危险性程度计算公式并确定滑坡危险性等级判断标准，适用于所有类土质滑坡危险性评价，具有良好的应用前景。

Landslide hazard assessment method based on numerical simulation and limit equilibrium calculation

The invention relates to the method of landslide hazard assessment based on numerical simulation and limit equilibrium calculation. The method combines the field investigation data and the related modeling methods to establish the corresponding numerical model with large deformation numerical simulation method and determine the shape contour line and the key position coordinate of the slide body in different positions on the landslide path, and based on the ring. The shear or direct shear test is used to determine the residual shear strength of the interface on the slope surface of the sliding body, and the safety factor of the landslide body with different positions and slips on the landslide path is calculated by the limit equilibrium method, that is, FOS calculation, and the safety coefficient FOS specification required by the standard is determined. The distance, the speed of the slide body, the number of people in the danger range, the type of land resources of the disaster bearing body, the calculation formula of the landslide hazard degree and the criterion for determining the grade of landslide hazard assessment are suitable for the risk assessment of all types of landslides, and have a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法
本专利技术涉及滑坡防治工程
，尤其涉及一种基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法。
技术介绍
滑坡是指斜坡岩土体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动，是一种以剪切破坏为主的斜坡破坏类型。常发生在山地、丘陵和峡谷地区，特别是在水动力和强外部荷载扰动作用较强的地区发生斜坡破坏的概率极大，不仅破坏环境和资源，同时也会造成重大人员伤亡以及巨额的直接或间接经济损失。据统计，仅2013年我国滑坡事件便有13120起，造成的经济损失高达104亿元，且与2012年同期相比，滑坡事件的数量以及由滑坡而造成的人员伤亡数和经济损失均有较大幅度增加，由此可见频繁发生的滑坡灾害早已引起社会的广泛关注和重视。我国的滑坡危险性评价始于80年代，90年代后取得了较大进展，现有所出现的滑坡危险性评价方法主要有数学统计法、多指标评判打分法、模糊综合评判理论等，但是这些方法大部分具有很强的人为主观性，影响评价结果的准确性和客观性。如申请号为201610122048.9的《一种快速识别滑坡危险程度的方法》，申请号为201710355241.1的《一种基于可拓最优组合赋权法的滑坡危险性评价方法》，申请号为201310627906.1的《一种区域滑坡灾害风险估计方法》等，上述方法考核指标众多，人为主观性强且计算公式繁琐，特别的，针对运动过程中的滑坡何时停止滑动和可能的滑动距离及危险性评估上述专利均未涉及。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法，该评价方法结合现场勘查资料以及相关建模方法采用大变形数值模拟法建立相应数值模型并确定滑坡路径上不同位置的滑体形态轮廓线及关键位置坐标；基于环剪或直剪试验确定滑体-坡面交界面的残余剪切强度(一般仅为摩擦强度)；利用极限平衡法分析计算滑坡路径上不同位置和滑体形态的滑坡体安全系数，即FOS计算；确定规范要求的安全系数FOS规范，其中具体安全系数的确定需考量的指标包括滑动距离，滑体速度，危险范围内的人数，承灾体的土地资源类型；构建滑坡危险性程度计算公式并确定滑坡危险性等级判断标准。本专利技术充分结合了数值模拟技术及极限平衡理论计算的优点，适用于所有类土质滑坡危险性评价，具有良好的应用前景。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法，该方法包括以下步骤：步骤1：现场勘察并准确获取滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息；步骤2：利用步骤1得到的滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息数据采用大变形数值模拟法建立相应地质条件下的滑坡数值模型，通过数值模拟确定滑坡路径上任一位置滑体的几何参数；步骤3：根据室内环剪或直剪试验确定滑坡滑体-坡面交界面的残余剪切强度参数；步骤4：基于步骤2与步骤3确定的滑坡路径上任一位置滑体的几何参数和残余剪切强度参数，采用极限平衡法分析计算滑坡路径上任一位置时的坡体的安全系数，记为FOS计算；步骤5：规定四个危害性等级分别为轻度、中度、重度和极度，相对应每个危害等级的安全系数范围分别为：1～1.2，1.2～1.5，1.5～1.8和>1.8；然后以滑动距离、滑体速度、危险范围内的人数和承灾体的土地资源类型作为考核指标，确定不同考核指标下所对应的滑坡安全系数的取值，记为FOS规范；步骤6：根据极限平衡法计算得到的安全系数FOS计算与根据考核指标确定的滑坡安全系数的取值FOS规范按照式(1)构建滑坡危险性程度计算公式；然后将步骤4和步骤5得到的FOS计算和FOS规范的数值带入式(1)，得到滑坡不同位置的危险性程度取值；其中，Dw为危险性程度；步骤7：建立滑坡危险性等级判断标准，滑坡危险性等级分为五级，分别是：低危险性、较低危险性、中危险性、较高危险性和高危险性；具体是：1)Dw<10％：低危险性，稳定性好，滑坡继续滑动的概率<10％；2)10％≤Dw≤30％：较低危险性，稳定性较好，滑坡继续滑动的概率10％～30％；3)30％≤Dw≤50％：危险性中等，稳定性较差，滑坡继续滑动的概率30％～50％；4)50％≤Dw≤70％：危险性较高，稳性性差，滑坡继续滑动的概率50％～70％；5)Dw>70％：高危险性，稳定性极差，滑坡继续滑动的概率>70％；将步骤6计算得到的滑坡不同位置的危险性程度取值带入上述判断标准中，确定滑坡不同位置的危险性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的突出的实质性特点是：本专利技术综合发挥大变形数值模拟及极限平衡的优势进行滑坡危险性评价。利用大变形数值模拟法来确定的滑体形态参数，鉴于滑坡发生后不同坡面位置的滑体形态以及对承灾体所造成的危害程度不同，在假定边坡滑动后滑体体积与滑动路径不变的情况下，基于数值模拟和室内环剪或直剪试验方法所确定任意滑动路径上滑体几何参数和滑体-坡面交界面的残余剪切强度参数，采用极限平衡法计算边坡安全系数(FOS计算)，再结合《地质灾害危害性评估规范》中所规定的安全系数重新规定安全系数的取值范围及考核指标给出规范的安全系数，构建滑坡危险性程度计算公式并界定滑坡危险性等级判断标准。本专利技术简单实用，所涉及的滑体几何参数与残余剪切强度参数易于获取，分析可靠，适用于所有类土质边坡边坡危险性评价问题。本专利技术的显著进步是：1、本专利技术基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法适用范围较广，适用于所有类土质滑坡危险性评价，方法简单，易于理解和计算；2、创新地构建的滑坡危险性等级计算公式和界定滑坡危险性等级判断标准，跳出常规滑坡危害性等级判断标准的范围，丰富了滑坡危险性评价方法；3、综合发挥了大变形数值模拟方法及极限平衡计算理论优点，创新性地提出了基于滑坡运动演化的滑坡稳定性计算及危险性评价方法，为地质灾害风险控制提供了重要的科学思想。附图说明为了使本专利技术的目的，技术方案和分析方法更加清楚，本专利技术提供如下附图说明：图1为本专利技术基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法的流程示意图；图2为某滑坡的滑体在滑动路径上的几何形态剖面示意图；图中，1.坡面，2.滑前时滑体的位置和几何形态，3.A控制点，4.滑体在滑动路径上AC位置的剖面轮廓线，5.B控制点，6.C控制点，7.滑体在滑动路径上BD位置的剖面轮廓线，8.D控制点，9.滑床，10.灌木，11.滑动方向。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。本专利技术基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法(简称评价方法)，包括以下步骤：步骤1：采用钻孔或探槽观测等现场勘察手段，准确获取滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息；步骤2：利用步骤1得到的滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息数据采用大变形数值模拟法建立相应地质条件下的滑坡数值模型，通过数值模拟确定滑坡路径上任一位置滑体的几何参数；步骤3：根据室内环剪或直剪试验确定滑坡滑体-坡面交界面的残余剪切强度参数；步骤4：基于步骤2与步骤3确定的滑坡路径上任一位置滑体的几何参数和残余剪切强度参数，采用极限平衡法分析计算滑坡路径上任一位置时的坡体的安全系数，记为FOS计算；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法，该方法包括以下步骤：步骤1：现场勘察并准确获取滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息；步骤2：利用步骤1得到的滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息数据采用大变形数值模拟法建立相应地质条件下的滑坡数值模型，通过数值模拟确定滑坡路径上任一位置滑体的几何参数；步骤3：根据室内环剪或直剪试验确定滑坡滑体‑坡面交界面的残余剪切强度参数；步骤4：基于步骤2与步骤3确定的滑坡路径上任一位置滑体的几何参数和残余剪切强度参数，采用极限平衡法分析计算滑坡路径上任一位置时的坡体的安全系数，记为FOS计算；步骤5：规定四个危害性等级分别为轻度、中度、重度和极度，相对应每个危害等级的安全系数范围分别为：1～1.2，1.2～1.5，1.5～1.8和>1.8；然后以滑动距离、滑体速度、危险范围内的人数和承灾体的土地资源类型作为考核指标，确定不同考核指标下所对应的滑坡安全系数的取值，记为FOS规范；步骤6：根据极限平衡法计算得到的安全系数FOS计算与根据考核指标确定的滑坡安全系数的取值FOS规范按照式(1)构建滑坡危险性程度计算公式；然后将步骤4和步骤5得到的FOS计算和FOS规范的数值带入式(1)，得到滑坡不同位置的危险性程度取值；...

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟及极限平衡计算的滑坡危险性评价方法，该方法包括以下步骤：步骤1：现场勘察并准确获取滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息；步骤2：利用步骤1得到的滑坡物质组成、工程及水文地质条件信息数据采用大变形数值模拟法建立相应地质条件下的滑坡数值模型，通过数值模拟确定滑坡路径上任一位置滑体的几何参数；步骤3：根据室内环剪或直剪试验确定滑坡滑体-坡面交界面的残余剪切强度参数；步骤4：基于步骤2与步骤3确定的滑坡路径上任一位置滑体的几何参数和残余剪切强度参数，采用极限平衡法分析计算滑坡路径上任一位置时的坡体的安全系数，记为FOS计算；步骤5：规定四个危害性等级分别为轻度、中度、重度和极度，相对应每个危害等级的安全系数范围分别为：1～1.2，1.2～1.5，1.5～1.8和>1.8；然后以滑动距离、滑体速度、危险范围内的人数和承灾体的土地资源类型作为考核指标，确定不同考核指标下所对应的滑坡安全系数的取值，记为FOS规范；步骤6：根据极限平衡法计算得到的安全系数FOS计算与根据考核指标确定的滑坡安全系数的取值FOS规范按照式(1)构建滑坡危险性程度计算公式；然后将步骤4和步骤5得到的FOS计算和FOS规范的数值带入式(1)，得到滑坡不同位置的危险性程度取值；其中，Dw为危险性程度；步骤7：建立滑坡危险性等级判断标准，滑坡危险性等级分为五级，分别是：低危险性、较低危险性、中危险性、较高危险性和高危险性；具体是：1)Dw<10％：低危...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄达，罗世林，岑夺丰，宋宜祥，顾东明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12