[发明专利]一种基于滑动位移分析的三维地震边坡发生滑坡的时间预测方法

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害防控技术领域，具体涉及一种基于滑动位移分析的三维地震边坡发生滑坡的时间预测方法。

背景技术

由于地震引起的滑坡地质灾害造成的损失十分巨大，世界各国对滑坡地质灾害极为重视，人们在滑坡灾害的评估、预防、监测、预测预报方面作了大量的工作，并取得了一系列有实际意义的研究成果。

中国专利文献CN103135128A于2013年6月5日公开了一种地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法，包括以下步骤：步骤1、选定具体待预测的滑坡体，确定三维滑面形状及滑坡体几何尺寸；三维滑面分为滑裂面和边坡表面，将滑裂面和边坡表面用方程表示；步骤2、将三维滑坡体离散化；步骤3、建立考虑地震荷载作用下三维边坡稳定性预测的方程组，由方程组求解得到三维边坡稳定系数的历时数据；步骤4、根据稳定系数的历时情况，并搜索在地震荷载作用下边坡的最不利情况，判断最不利情况下稳定系数是否大于所设定的边坡稳定性临界值；本发明的优点是：考虑了地震荷载在边坡工程中的动力效应，计算精度有所提高，预测结果更为可靠。但是，这种方法基于对模型的受力分析而判断该边坡的稳定性，没有考虑到边坡滑动的位移信息，其预测的可靠性仍有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于滑动位移分析的三维地震边坡发生滑坡的时间预测方法，它能够结合三维地震边坡滑动的位移量，从而得到三维地震滑坡的位移随时间的变化关系，从而预测该三维地震边坡的滑坡时间。

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，它包括有以下步骤：

步骤1、选定具体待预测的滑坡，确定该三维地震边坡及其滑裂面的几何尺寸，将滑裂面和边坡表面用方程表示；确定岩土的土体指标参数和地震参数；

步骤2、将三维滑坡体离散化，三维滑坡体被垂直离散为m行和n列条柱，每个条柱按所在的行号i和列号j定义为[i,j]；假定行方向的条柱间作用力与水平面夹角为±α，假定列方向的条柱间作用力与水平面夹角为±β；

步骤3、利用直剪试验确定该岩土体的双曲线模型的参数，建立岩土体的双曲线模型；

步骤4、根据摩尔库伦准则和岩土体双曲线模型，求出[i,j]条柱底面的剪切力与该条柱的剪切位移之间的关系；利用离散后的各条柱的水平位移相等，得到[i,j]条柱底面的剪切力与关键点竖向位移Δ₀的关系；另外，根据水平和竖直方法向上的位移函数，确定每个条柱上由地震引起的惯性力；再根据3个力的平衡方程和2个力矩的平衡方程求解出第[i,j]条柱底面初始的法向力，从而消除剪切力与关键点竖向位移Δ₀关系中的非线性项。

步骤5、再根据3个力的平衡方程和3个力矩的平衡方程，并结合[i,j]条柱底面的剪力与关键点竖向位移的关系，建立一组含有未知数α，β，Δ₀和t的非线性方程组；求解该方程组，得到不同的地震时刻对应关键点竖向位移Δ₀；进而得到地震作用的过程中关键点的累计竖向位移；关键点的累计竖向位移陡增处对应的地震时间为该三维地震边坡发生滑坡的时刻，从而预测该三维地震边坡的滑坡时间。

由于本发明在三维滑坡体离散化，并在融合了多个力平衡和力矩的平衡的基础上，考虑了三维地震边坡滑动的位移量，得到不同地震时间所对应的三维地震边坡的滑动位移，进而得到地震作用的过程中关键点的累计竖向位移。关键点的累计竖向位移陡增处对应的地震时间为该三维地震边坡发生滑坡的时刻，从而预测该三维地震边坡的滑坡时间。另外，所有建模过程都能程序化，便于操作和编程，通过计算机实现基于滑动位移分析的三维地震边坡发生滑坡的时间预测，大大的减少了人为的计算量。所以本发明的优点是：考虑了地震边坡的滑动位移信息，提高了计算精度，预测结果更为可靠。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的一个实施例的滑坡体滑裂面和边坡表面的剖面图；

图2为三维滑坡体离散化结构图；

图3为岩土体的双曲线模型图；

图4为离散化条柱的受力模型图；

图5为实施例的关键点竖向位移Δ₀和地震时间的关系图；

图6为实施例关键点累计竖向位移随地震时间的变化关系图。

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：