[发明专利]一种基于岩土体应变状态突变的边坡稳定性监测及失稳预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及边坡稳定性监测和滑坡预测等工程地质灾害研究领域， 尤其是涉及一种基于岩土体应变状态突变的边坡稳定性监测及失稳预 测方法，该方法可满足边坡工程监测及失稳预测的需要。

背景技术

影响边坡稳定性的因素很多，一般情况下天然边坡往往处于稳定状 态，但由于后期周边环境变迁、人类活动等作用打破了其初始应力场分 布，从而使边坡的稳定状态发生改变。通常情况下，滑坡体的产生均会 伴随着明显位移，对此类边坡失稳及滑动过程采用地表位移监测来判断 边坡的稳定性及滑坡预测较为合理。但通过大量工程滑坡实例统计分 析，近30％以上的边坡失稳前，却并未伴随明显变形迹象，换言之，对 此类边坡采用常规位移监测具有一定的时间滞后效应，无法满足现代工 程监测及预警预测的目的。

目前边坡工程中采用的监测内容主要包括：

(1)结构物状态监测：包括桩体、锚固体等加固结构的应力、位移 状态的监测，监测的结构物均属于加固边坡的构筑物，监测结果仅为结 构体的工作状态，与边坡坡体稳定性无法建立确定的联系；

(2)坡面位移：坡面位移监测对失稳前边坡产生较大变形的坡体较 为有效，可以根据监测位移的变化规律判断边坡的滑动趋势，但是对失 稳前变形较小的边坡无法得到有意义的监测结果，同时，坡面位移监测 点容易受到各种外在因素的影响(如落石等)，导致较大的监测误差或无 效监测；

(3)坡体内位移：一般采用多点位移计进行监测，其监测结果与坡 面位移一样，无法对失稳前变形较小的边坡体进行有效监测，同时监测 结果也可能由于外在因素的影响产生较大误差。

同时，研究发现：边坡滑动产生位移主要是由于边坡岩土体内部局 部区域应力应变状态的改变而产生，采用位移监测只是通过表象结果判 断原因，涉及一个反演及时间滞后过程，监测数据的获取难以满足工程 预测需要。

边坡失稳主要由下述原因引起：

(1)荷载：使边坡下滑力增加的外部荷载所致；

(2)地下水及震动：使边坡岩土体应力状态产生改变的外部因素；

(3)岩土体参数改变：各种不利因素导致岩土体物理力学参数产生 不利于边坡稳定的改变；

(4)原有加固结构局部或全部失效：对于已经加固的人工边坡，尤 其是水电等行业的高大边坡，随着时间的流逝，风化、腐蚀等原因的影 响，导致现有加固结构的局部或全部失效。

将以上影响边坡稳定性的因素的改变，统一定义为广义荷载的改 变，即广义荷载增加，不利于边坡稳定，反之则有利于边坡稳定。

为实现边坡实时失稳预测、判断滑坡体范围等目标，尤其是针对失 稳前变形较小的边坡体，运用监测边坡坡体内应变状态(应力状态)的变 化速度及变化加速度，适用于及时发现边坡内部岩土体应力应变状态信 息的改变，是一种更为直接、本质及合理的监测手段。

发明内容

本发明正是为了解决传统监测方法的不足，采用多点应变计或分布 式应变计传感器监测边坡内某一方向的应变灵敏度，根据应变灵敏度的 变化规律判断边坡的稳定性并确定边坡潜在失稳范围。

本发明目的是通过下述方案实现的：

一种基于岩土体应变状态突变的边坡稳定性监测及失稳预测方法， 由包括多个应变监测点的传感器装置和数据采集系统组成，对边坡体内 的应变进行监测。多点应变计传感器埋设于边坡体内，由于其本身刚度 较小，对边坡的稳定状态影响很小，数据采集系统设置于边坡面上多点 应变传感器端头处。

本方案以弹塑性力学原理为基础，分析边坡岩土体应变状态的变化 规律。边坡的动态特征灵敏度定义为某物理参数动态特征量的变化率， 当边坡中岩土体由弹性阶段进入塑性阶段时，多点应变计或分布式应变 计传感器中相应节点的应变灵敏度发生突变，通过数据采集分析，从而 达到判断边坡滑坡范围及评估其稳定程度的目的。监测应变灵敏度比常 规位移监测更为及时有效、更准确地反映边坡岩土体应力应变状态的变 化信息，对不稳定边坡的加固时机选择提供科学指导。

在实施方式中，给出了两个具体的理论推导：

结合推论一，可以监测边坡内部塑性区的部位，即可能的滑动面位 置。由推论一可知，在广义荷载增加过程中，任何区域由弹性阶段进入 塑性阶段，其应变灵敏度将会明显增加。