[发明专利]一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及边坡稳定性评价与滑坡地质灾害监测预警技术领域，具体涉及一种基于岩土体正交应变比参数的土层边坡稳定性评价方法。

背景技术

我国是世界上滑坡灾害最严重的国家之一，其滑坡灾害具有分布范围广、发生频率高的特点，长期以来对我国工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。随着近年来社会经济的迅速发展，越来越多大型工程进行修建，致使滑坡灾害的发生规模与频率呈现逐渐增强的趋势，已成为对人类社会安全有极大威胁与影响的地质环境灾害之一。由于受到边坡几何形状、土体参数，以及地质条件差异等综合因素的影响，边坡稳定性评价与监测预警及其防治技术至今没有很好的满足工程建设的安全与减灾防灾的要求，其中最突出的问题就是边坡稳定性的位移监测定量判据及滑坡滑移面的确定问题。因此，如何科学、准确地对边坡稳定性进行超前分析与判定，是边坡稳定性评价与滑坡灾害防治领域中亟待解决的课题之一。

目前在边坡工程稳定性评价领域，运用最为广泛和实用的方法是极限平衡法、有限元数值分析法与位移时序法等。其中极限平衡法如Fellenuis(费伦纽斯)法、Terzaghi法、Bishop法、Janbu法等，均是以刚体极限平衡理论为基础，将滑坡坡体进行简化，将滑坡坡体视为刚体并假设滑移面为圆弧形滑移面，分析其沿滑移面的力学平衡状态，进而分析和确定边坡的稳定性。由于此类方法不考虑材料的应力应变关系，因而无法考虑变形与稳定的关系，且该类方法对滑坡边界条件及坡体物理力学参数的要求极为苛刻，建立力学评价模型为不含时间因素的静态评价模型，因此也无法评价边坡稳定性随时间的变化规律。此外，该方法假设边坡滑移面为圆弧滑移面也存在一定的局限性，因为对于非均质土层边坡，其地质条件复杂性与应力分布的不均匀性，边坡通常并不是沿单一均匀的圆弧滑移面破坏，滑面形状实际上往往呈非圆弧任意形状，这种情况下极限平衡法仍将滑面简化为圆弧滑移面，很难真实反映边坡稳定性状态，由此导致错误的评价结果。以有限元为代表的数值计算方法，在边坡稳定性分析中也发挥着十分重要的作用，这类方法考虑了边坡岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响，而且能给出边坡岩土体中应力应变分布情况及分析边坡破坏的发生及发展过程等。然而这类方法很难给出一个明确的稳定性安全系数，很难给出一个明确的滑移面，此外该类方法计算复杂，不易被技术人员掌握，因此在一定程度上也限制了其在工程中的应用。与极限平衡法与有限元法相比，位移时序预测方法以边坡位移监测为基础、以位移参数及其变化作为边坡稳定与否和稳定程度的预测参数与评价准则。其位移监测以其精度高、易实施，且反映边坡稳定性状态综合直观等优点，所以该类方法在某种程度上克服了极限平衡法与有限元法的不足与局限，并已在我国重大工程边坡稳定性监测与滑坡防治领域得到了广泛的应用且发挥了重要作用。然而该方法所采用的位移预测参数是一个极易受外界因素干扰而出现振荡及多期加速阶梯状振荡变化的监测评价参数，且这种位移加速阶梯状振荡变化并不一定能代表边坡的稳定性降低或滑坡的整体失稳，此外该类方法的位移预测参数没有统一失稳判据，其临界失稳位移值随边坡的规模、岩土体类型等因素变化而不同，因而无法依据其临界失稳判据对滑坡灾害的发生时间做出准确判别与预测。此外，该类方法主要通过监测钻孔深部位移的变化，根据位移的突变随时监测边坡滑移面的出现，然而位移的突变并不一定预示坡体一定出现塑性区，因动力(如降雨、库水位)的突变也可引发其位移的突变，所以单纯依靠位移参数确定边坡滑移面存在一定的或然性和不确定性。

发明内容

针对上述传统土层边坡稳定性评价方法的局限与不足，本发明研究和确定了基于正交应变比参数的边坡稳定性评价方法，该方法在用极限平衡法确定边坡最危险滑移面的基础上，采用多点应变计或分布式应变计传感器组成监测网格监测边坡坡体内水平横向与垂直竖向应变，以此为基础确定正交应变比参数，并根据正交应变比参数的变化规律可确定边坡的塑性区范围。同时，依据损伤变量原理确定边坡损伤变量及其稳定性判据，进而对边坡稳定性进行评价，以达到对边坡进行科学、有效、及时预警及治理的目的。

本发明的基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法，是通过下述方案实现的，包括如下步骤：

步骤一：边坡最危险滑移面的确定；

步骤二：边坡正交应变监测网格的布置；

步骤三：各监测网格结点处垂直与水平应变的监测与数据记录；

步骤四：边坡监测网格正交应变比参数的确定；

步骤五：边坡正交应变比稳定性判据与滑移塑性区的测定；

步骤六：边坡坡体损伤变量及损伤变量临界值的确定；