[发明专利]一种降雨条件下的边坡三维稳定性预测方法

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害防控技术领域，具体涉及一种针对降雨条件下预测边坡三维稳定性的方法。

背景技术

随着全球气候变暖，世界范围内出现极端降雨天气的频率越来越高，由于我国山地、丘陵地带分布广泛，因而由于降雨引起的滑坡灾害占每年地质灾害的百分之八十以上。降雨前边坡处于安全状态，降雨过程中或者降雨后一定时间范围内出现滑坡现象，这使得预测降雨条件下边坡的稳定性问题变得尤为迫切。

中国专利文献CN103149340 A于2013年6月12日公开了一种用降雨量测定滑坡稳定性的动力监测方法，包括以下步骤：步骤1、选取滑坡位移监测点与基准点；步骤2、在基准点和监测点布置安装监测设备；步骤3、通过监测设备能够获得降雨量与位移速率的相关数据，对数据进行处理；步骤4、确定滑坡动力加载率与位移动力响应率，在此处动力加载率是某一降雨过程中降雨量的增量变化与初始降雨量的比值，位移动力响应率是相应的滑坡位移变化速率与初始位移速率的比值；步骤5、确定滑坡稳定性的判据，将滑坡的位移降雨动力加载率作为滑坡稳定性的判据，在此处将滑坡失稳的动力加载率与位移动力响应率的比值成为滑坡位移动力加载率；步骤6、进行滑坡的监测与预警预报。该方法利用实时测量的方法，建立降雨量与位移的关系，利用位移变化速率来预测预报边坡的稳定性。该方法基准点选择的准确与否与预报效果有很大关系，同时通过降雨量与边坡位移的关系来预测具有一定的不确定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种降雨条件下的边坡三维稳定性预测方法，它在预测降雨条件下边坡三维稳定性时，降雨条件包括降雨强度、降雨持时和降雨型式，得出不同岩土体边坡在不同降雨条件下的稳定系数，能够提高计算精度，增大预测结果的可靠性。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

步骤1、根据待预测的边坡，确定土体强度参数和土体渗透参数，选定边坡坡体表面几何尺寸和三维滑面形状，将滑裂面形状和边坡表面形状用代数方程表示；确定需要进行渗流分析截面的几何尺寸，设定不同降雨强度、降雨持时和降雨型式的组合条件，进行渗流分析；

步骤2、将边坡进行离散化，滑坡体被垂直离散为m行和n列土柱，每个土柱按所在的行号i和列号j定义为[i、j]；假定行方向的土柱间作用力与水平面夹角为±α，假定列方向的土柱间作用力与水平面夹角为±β；

步骤3、利用有限元软件GEO/SEEP，建立边坡渗流模型，计算滑坡体内的孔隙水压力分布情况，得到孔隙水压力分布图，获得各位置点的孔隙水压力；

步骤4、建立降雨条件下边坡三维极限平衡方程组，通过联立方程组解得的边坡稳定系数Fs；

步骤5、求得不同降雨强度、降雨持时和降雨型式下边坡的最小稳定系数，将该最小稳定系数与边坡稳定临界值进行比较，若该最小稳定系数大于边坡稳定的临界值，则该边坡处于稳定状态；若该最小稳定系数小于边坡稳定的临界值，则该边坡处于失稳状态。

由于本发明考虑了比二维情况更真实的三维情况，同时在离散化过程中考虑了更多力和力矩的平衡关系，使得计算精度提高，所以本发明的预测结果更准确可靠。另外，所有建模过程都程序化，便于操作和编程，大大的减少了人为的计算量，由计算机实现边坡的稳定系数的预测。所以本发明的优点是：考虑了降雨条件对边坡稳定性的影响，计算精度有所提高，预测结果更为可靠。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明实施例的土体饱和渗透系数曲线图；

图2为本发明实施例的土体含水率曲线图；

图3为本发明实施例的边坡三维几何尺寸；

图4为图3的渗流剖截面的几何尺寸；

图5为滑坡体滑裂面和边坡表面的剖面图；

图6为本发明实施例的孔隙水压力分布图；

图7为离散化土柱受力图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

步骤1、根据待预测的边坡，确定土体强度参数和土体渗透参数，土体强度参数包括土体重度γ、有效粘聚力c、孔隙气压力μ_α、岩土体的有效内摩擦角和抗剪强度随基质吸力变化的内摩擦角土体渗透参数包括饱和渗透系数曲线和土体体积含水率曲线；选定边坡坡体表面几何尺寸和三维滑面形状，将滑裂面形状和边坡表面形状用代数方程表示；确定需要进行分析的渗流截面几何尺寸，设定不同降雨强度、降雨持时和降雨型式的组合条件，进行渗流分析；