[发明专利]基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法

说明书

发明提供一种基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法。该方法包括滑坡调查、受力分析、建立抗滑力计算模型、计算临空面卸除荷载、确定结构面剪切本构方程、构建结构面控制边坡坡体运动方程和计算潜在滑体的位移过程曲线等步骤。该方法结合现场变形监测资料，可对结构面控制边坡的实时稳定性状态进行动态判别。根据滑体计算位移的收敛性，可对结构面控制岩质边坡的长期稳定性进行一定的预测。

技术领域

本发明涉及地质灾害预测预报技术领域，特别涉及一种基于位移发展过程的岩质边坡稳定性评价方法。

背景技术

现行边坡地质灾害治理设计一般采用基于规范的静力学设计，其明显不足是将地质体视为刚体，未充分考虑地质体的变形破坏机制和地质灾害孕育的过程。尽管岩质高边坡灾变演化过程及作用机理非常复杂，但其宏观表现必然是坡体发生变形，且发生变形的部位及变形量随灾变过程的发展而不断变化。岩质边坡的失稳过程具有时变效应，即整个变形过程表现出较为明显的时效变形。根据其现场监测所得时效变形过程，理应可以对边坡的稳定性状态进行判别。然而，在我国一方面是滑坡灾害的广泛分布，工程防治、机理研究、预测预报等问题亟待解决，且几乎各项工作都有赖于滑坡的监测数据来开展，而另一方面却面临着无支护边坡变形理论计算方法的缺失，少量研究集中于工程数值方法或根据实测值进行经验估算，可靠性也较低，均与实际情况存在较大差异。在此情况下建立无支护边坡坡体变形理论计算方法，提出基于该变形过程的边坡稳定性评价方法意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法，包括以下步骤：

1)对待评价结构面控制边坡进行滑坡调查。

2)以开挖卸除荷载作为边坡变形的启动力，对待评价边坡的潜在滑体进行受力分析。

3)建立考虑应变软化的结构面抗滑力计算模型。

4)计算由开挖引起的潜在滑体临空面卸除荷载。

5)确定结构面剪切本构方程。

6)构建结构面控制边坡坡体运动方程。

7)计算潜在滑体的位移过程曲线。

8)将现场变形监测资料与潜在滑体位移过程曲线进行对比分析，对待评价结构面控制边坡的位移发展趋势进行判别。

9)根据潜在滑体计算位移的收敛性，对待评价结构面控制边坡的长期稳定性进行预测。

进一步，步骤3)中，考虑应变软化的结构面得到应变软化剪切本构方程为：

式中，F_R为结构面提供的抗滑力，kN。k为剪切刚度，Pa/m。u为潜在滑体位移，m。u^*和b根据岩体结构面直剪试验结果确定。u^*为特征位移，m。b为无量纲参量的方程系数。

进一步，步骤4)中，由开挖引起的潜在滑体临空面卸除荷载通过式(2)计算。

式中，F＇为潜在滑体临空面卸除荷载，kN。W为潜在滑体自重，kN。L为结构面滑动长度，m。β为结构面倾角，°。c为软弱结构面黏聚力，Pa。为结构面内摩擦角，°。

进一步，步骤3)中，结构面本构方程为：

式中，u₀为潜在滑体起始位移，m。