[发明专利]基于牵引式斜坡变形破坏机理的稳定性分析和预测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及斜坡稳定性分析及预测预警技术领域，特别涉及一种基于牵引式斜坡变形破坏机理的稳定性分析及预测预警方法。 

背景技术

牵引式斜坡的稳定性计算及预测预警一直采用的是推移式斜坡的经验稳定性计算及预测预警方法，迄今为止，还没有将两者加以区分开来。牵引式斜坡的稳定性计算及预测预警方法还不完善；另外，牵引式斜坡的破坏模型随着坡体的不同组成，其模式并不相同。且破坏时，各处的位移值均不相同，与推移式斜坡相比，破坏时推移式斜坡变形值很小，并不能完全适用于牵引式斜坡，导致计算及预测结果不精确。 

发明内容

本发明的目的就是提出一种基于牵引式斜坡变形破坏机理的稳定性分析和预测预警方法，在牵引式斜坡变形机理、坡体与滑面的力学特性以及滑面不同点的演化特征分析的基础上，提出了牵引式斜坡的几种破坏模式、基于变形的稳定系数计算方法及斜坡坡面位移的决定方法，从而实施预测预报。 

本发明基于牵引式斜坡变形破坏机理的稳定性分析及预测预警方法，包括如下步骤： 

(1)分析牵引式斜坡的变形机理，将斜坡前缘以临界滑面为基准，定义为破坏后区、临界状态面及稳定状态区，牵引式斜坡高度与变形的关系呈现出S曲线特征；分析可能发生破坏的三种情况，情况I为沿最弱的滑面发生破坏，情况II为斜坡发生新的剪切破坏，情况III为坡体或坡体上的节理或裂隙发生拉破坏； 

(2)计算获得滑面各点的临界应变值，并计算出现行滑面临界应力状态点及位移值； 

(3)针对步骤(1)的三种情况分别计算稳定系数，进行稳定性分析； 

(4)利用边坡稳定性计算的滑面边界法获取斜坡坡面位移，进行预测预警。 

所述情况II的剪切破坏由滑面的剪应力与剪应变的全过程曲线决定，情况III的拉破坏由坡体的拉应力与拉应变全过程曲线决定。 

所述步骤(2)的具体计算过程如下： 

步骤(211)分析斜坡的基本形态、特征，试验获得滑面的基本物理力学参数G、S、m、ρ、C、φ、a₁，a₂，a₃，ξ_N和坡体的弹性模量力学参数，计算相对应的位移场和应力场，通过应力场、位移场决定相对应的稳定系数； 

步骤(2.2)将步骤(2.1)得到的参数代入公式τ＝Gγ[1+γ^m/S]^ρ，式中τ、γ分别表示材料的剪应力和剪应变，τ、G的单位为MPa或kPa或Pa，S、m和ρ为无单位参数，且-1<ρ≤0和1+mρ≠0； 

临界应力空间τ^peak采用摩尔库伦准则τ^peak＝C+σ_ntanφ，式中C为凝聚力，σ_n为法向应力，C和σ_n的单位为MPa或kPa或Pa，φ为滑面摩擦角； 

临界应变空间γ_peak采用公式式中σ_n为法向应力，单位为MPa或kPa或Pa； 

临界应力空间与临界应变空间的关系为τ^peak/γ_peak＝G[1-1/(1+mρ)]^ρ，临界应变空间符合公式S+(1+mρ)γ^m_peak＝0； 

参数ρ＝ρ₀/(1+(ρ₀/ρ_c-1)(σ_n/σ_n^c)^ζ)，式中ρ₀为法向应力σ_n为零值的ρ值，ρ_c为σ_n等于σ_n^c时的ρ值，ζ为常系数。 

所述步骤(3)可利用不平衡拉力法计算稳定系数： 

(3.1)先对选定坡体的滑面，结合坡面特征点决定滑面特征点，对滑面特征点的切线作垂线，交滑体坡面形成不同特征点； 

(3.2)连接各特征点形成直线，形成不平衡拉力法的计算条块； 

(3.3)不平衡拉力法的假设同不平衡推力法假设； 

(3.4)计算时，按条块编号从下往上进行； 

(3.5)计算方法为使斜坡体最上面的一个条块推力为零，从而获得不平衡拉力法的各条块下滑力、阻力、剩余拉力和稳定系数；