考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法技术

本发明专利技术提供一种考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，查明滑坡地质条件，开展滑带原位直剪蠕变试验、细观扫描试验和数值试验，揭示细观结构变化对原位剪切蠕变力学特性的影响，定义和量化细观结构因子，构建滑带细观结构

【技术实现步骤摘要】
考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害预测
，尤其涉及一种考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]对于大型滑坡，滑带对滑坡稳定性起控制作用，滑坡失稳前滑带往往处于蠕变状态。滑带蠕变是滑坡应力不断调整的结果，伴随着细观结构的不断变化，通过揭示滑带剪切过程细观结构
‑
力学性质演变规律将有助于揭示滑坡变形演化机理，服务大型滑坡稳定性评价。前人在单介质滑带和土
‑
岩相互作用、滑带细观结构及其与宏观力学联系、滑带直剪蠕变特征和蠕变本构模型、时间或空间单尺度下滑坡稳定性评价等方面取得了长足进展，但目前这些研究尚存如下不足：
[0003][0004](1)尚未充分挖掘滑带剪切过程细观结构演变对力学性质的作用。
[0005](2)普遍采用的室内蠕变试验手段未能完全保证滑带原位属性，导致试验结果未必能够真实反映力学性质。
[0006](3)能够实现考虑滑带结构
‑
力学演变特征的滑坡时空双尺度稳定性评价的方法较为稀缺。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，该方法能有效提升滑坡灾害预测预报精度。
[0008]本专利技术提供了一种考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，包括以下步骤：
[0009]S1：根据查明的滑坡区域地质背景与工程地质条件，进行滑带原位直剪蠕变试验，确定滑带原位力学参数值；
[0010]S2：根据滑带原位力学参数值进行滑带细观扫描试验和数值试验，获取滑带原位直剪蠕变试验前后滑带细观结构特征，揭示滑带细观结构特征变化对剪切蠕变力学特性的作用，对细观结构特征进行量化，定义细观结构因子，并构建滑带剪切过程细观结构
‑
力学性质的演变模型；
[0011]S3：将滑带原位剪切蠕变本构模型和步骤S2构建的细观结构
‑
力学性质的演变模型进行结合，建立引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型；
[0012]S4：通过滑坡表面位移、滑坡深部位移监测数据，获得滑坡位移场时程，揭示滑坡位移场随时间变化的规律，结合引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型，得出考虑滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型的滑坡位移场时程曲线；
[0013]S5：引入空间权重矩阵，根据步骤S4得到的滑坡位移场时程曲线对空间权重矩阵
进行修正，得到动态空间权重矩阵，建立以滑坡动态空间权重矩阵为核心的滑坡位移场时空演化模型；
[0014]S6：搭建以位移场数据库为基础、滑坡位移场时空演化模型为核心的位移场预测平台，开展位移场预测，进而实时搜索滑动面，结合力学计算实现滑坡在时空双尺度下的稳定性分析。
[0015]进一步地，步骤S1中，具体过程为：
[0016]S1
‑
1：查明滑坡区域地质背景与工程地质条件；
[0017]S1
‑
2：在滑坡滑带上开展原位快速直剪试验和原位直剪蠕变试验，确定滑带力学参数值，即滑带的长期强度τ
′
∞
、极限长期强度τ
∞
、沿滑带的剪切应力τ、沿滑带的剪切应变γ、瞬时剪切模量G1、长期剪切模量G2、初始蠕变段粘滞系数η1和稳定蠕变段粘滞系数η2，以及滑带的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力C。
[0018]进一步地，步骤S2中，具体过程为：
[0019]S2
‑
1：对滑带进行细观扫描试验，获取原位直剪蠕变试验前后滑带细观结构特征：单元体特征、细观组构特征、表面形态、孔隙性、颗粒连接介质特征，根据细观结构特征，揭示细观结构变化对剪切蠕变力学特性的作用，对细观结构特征进行量化，定义细观结构因子：细观组构参数z、表面粗糙起伏度d、孔隙形态比n、颗粒连接介质参数c；
[0020]S2
‑
2：根据上述细观结构特征及细观结构因子，结合PFC3D数值试验推演颗粒破裂、磨剪、翻转、运移运动过程，建立滑带剪切过程细观结构
‑
力学性质的演变模型。
[0021]进一步地，步骤S3中，具体过程为：
[0022]S3
‑
1：建立滑带原位剪切蠕变本构模型；
[0023]滑带原位剪切蠕变本构模型即(Burgers蠕变本构模型)可简化为公式3
‑
2：
[0024][0025]S3
‑
2：将细观结构因子引入到滑带原位剪切蠕变本构模型中；
[0026]S3
‑2‑
1：判断滑带原位剪切蠕变本构模型参数G1、G2、η1、η2、τ与细观结构因子关系的函数形式，进行回归分析，建立滑带原位剪切蠕变本构模型参数和细观结构因子之间的经验关系式，即方程组：
[0027]G2＝f2(z，n，d，c)η1＝f3(z，n，d，c)3
‑
3η2＝f4(z，n，d，c)τ＝f5(z，n，d，c)
[0028]其中，z为细观组构参数；d为表面粗糙起伏度；n为孔隙形态比；c为颗粒连接介质参数；
[0029]将公式(3
‑
2)所示的蠕变方程与上述方程组(3
‑
3)联立，得出引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型(3
‑
4)：
[0030][0031]其中，δ为折减系数，t为时间。
[0032]同时，对滑体进行剪切蠕变试验，可得出滑体剪切蠕变本构模型δ(t)，即公式(3
‑
5)：
[0033][0034]其中，δ为折减系数，τ为剪切应力，G1和G2分别为Maxwell体和Kelvin体的剪切模量，η1和η2分别为Maxwell体和Kelvin体的黏滞系数，t为时间。
[0035]进一步地，步骤S4中，获得考虑滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型的滑坡位移场时程曲线的具体过程为：
[0036]S4
‑
1：获得滑坡表面和深部位移监测数据；
[0037]S4
‑
2：进而获得滑坡位移场时程曲线：
[0038]Y
i
＝S(t
j
)
ꢀꢀ4‑1[0039]结合已建立起的引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型，得出考虑滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型的滑坡位移场时程曲线：
[0040]Y
i
＝S
i
[γ(t
i
)，δ(t
i
)，t
j
]ꢀꢀꢀ4‑2[0041]式中，i为监测点号；Y
i
为监测点i的位移量；S(t
j
)为位移
‑
时间映射关系；S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据查明的滑坡区域地质背景与工程地质条件，进行滑带原位直剪蠕变试验，确定滑带原位力学参数值；S2：根据滑带原位力学参数值进行滑带细观扫描试验和数值试验，获取滑带原位直剪蠕变试验前后滑带细观结构特征，揭示滑带细观结构特征变化对剪切蠕变力学特性的作用，对细观结构特征进行量化，定义细观结构因子，并构建滑带剪切过程细观结构
‑
力学性质的演变模型；S3：将滑带原位剪切蠕变本构模型和步骤S2构建的细观结构
‑
力学性质的演变模型进行结合，建立引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型；S4：通过滑坡表面位移、滑坡深部位移监测数据，获得滑坡位移场时程，揭示滑坡位移场随时间变化的规律，结合引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型，得出考虑滑带原位剪切蠕变本构模型和滑体剪切蠕变本构模型的滑坡位移场时程曲线；S5：引入空间权重矩阵，根据步骤S4得到的滑坡位移场时程曲线对空间权重矩阵进行修正，得到动态空间权重矩阵，建立以滑坡动态空间权重矩阵为核心的滑坡位移场时空演化模型；S6：搭建以位移场数据库为基础、滑坡位移场时空演化模型为核心的位移场预测平台，开展位移场预测，进而实时搜索滑动面，结合力学计算实现滑坡在时空双尺度下的稳定性分析。2.如权利要求1所述的考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，其特征在于，步骤S1中，具体过程为：S1
‑
1：查明滑坡区域地质背景与工程地质条件；S1
‑
2：在滑坡滑带上开展原位快速直剪试验和原位直剪蠕变试验，确定滑带力学参数值，即滑带的长期强度τ'
∞
、极限长期强度τ
∞
、沿滑带的剪切应力τ、沿滑带的剪切应变γ、瞬时剪切模量G1、长期剪切模量G2、初始蠕变段粘滞系数η1和稳定蠕变段粘滞系数η2，以及滑带的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力C。3.如权利要求1所述的考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，其特征在于，步骤S2中，具体过程为：S2
‑
1：对滑带进行细观扫描试验，获取原位直剪蠕变试验前后滑带细观结构特征：单元体特征、细观组构特征、表面形态、孔隙性、颗粒连接介质特征，根据细观结构特征，揭示细观结构变化对剪切蠕变力学特性的作用，对细观结构特征进行量化，定义细观结构因子：细观组构参数z、表面粗糙起伏度d、孔隙形态比n、颗粒连接介质参数c；S2
‑
2：根据上述细观结构特征及细观结构因子，结合PFC3D数值试验推演颗粒破裂、磨剪、翻转、运移运动过程，建立滑带剪切过程细观结构
‑
力学性质的演变模型。4.如权利要求1所述的考虑滑带原位蠕变细观特性的滑坡时空稳定性分析方法，其特征在于，步骤S3中，具体过程为：S3
‑
1：建立滑带原位剪切蠕变本构模型；滑带原位剪切蠕变本构模型如公式3
‑
2所示：
S3
‑
2：将细观结构因子引入到滑带原位剪切蠕变本构模型中；S3
‑2‑
1：判断滑带原位剪切蠕变本构模型参数G1、G2、η1、η2、τ与细观结构因子关系的函数形式，进行回归分析，建立滑带原位剪切蠕变本构模型参数和细观结构因子之间的经验关系式，即方程组：其中，z为细观组构参数；d为表面粗糙起伏度；n为孔隙形态比；c为颗粒连接介质参数；将公式3
‑
2所示的蠕变方程与公式3
‑
3所示的方程组联立，得出如公式3
‑
4所示的引入细观结构因子的滑带原位剪切蠕变本构模型：其中，δ为折减系数，t为时间。同时，对滑体进行剪切蠕变试验，可得出滑体剪切蠕变本构模型δ(t)，即公式(3

【专利技术属性】
技术研发人员：苗帅，黄磊，张成，张欢，曹桂乾，张鑫平，彭龙，袁明明，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：