[发明专利]一种三维蠕变边坡的长期稳定性预测方法

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害防控技术领域，具体涉及一种三维蠕变边坡的长期稳定性预测方法。

背景技术

岩土边坡的蠕变目前在国内外的研究尚少，但因对岩石特性包括岩土体流变特性研究不够而导致延误施工甚至工程失败的先例不胜枚举，意大利瓦依昂(Vajont)库岸蠕滑破坏是其中之一。自1966年第1届国际岩石力学会议以来的历次国际会议上，都有不少关于岩石流变性研究的论文。在第1届国际岩石力学会议上，Zischinsky用流变学模型描述了高边坡的变形，并指出岩土体的蠕变在高边坡变形中起重要作用。

工程实践与研究表明，岩土边坡工程的破坏与失稳，在许多情况下并不是在开挖形成以后立即发生，岩土体应力与变形是随时间变化而不断地调整，其调整的过程往往需要延续一个较长的时期。边坡蠕变是指组成边坡的岩体和土体在自重应力以及以水平应力为主的构造应力场的作用下，变形随时间而持续增加的性质。产生边坡变形的原因是多方面的，地质作用、地下水流、温度变化、植被作用等都可以产生边坡的宏观变形。但就岩土体本身而言，边坡与时间有关的变形主要是由岩土体蠕变引起的，因此，研究边坡变形时，应特别注意岩土体材料的蠕变特性与边坡蠕变特性之密切关系。

目前对蠕变边坡的性分析，主要还局限于分析二维蠕变边坡问题，例如，“考虑岩土蠕变特性的边坡长期稳定性研究”，蒋海飞，胡斌，刘强，王新刚，金属矿山，2013年第12期，第131～157页，记载了采用考虑岩土蠕变特性的强度折减法对十堰某建筑场地边坡进行位移计算，得到了监测点在不同折减系数下的蠕变曲线。但是自然界的边坡工程问题通常具有三维特征，故用二维蠕变边坡的方法来分析三维蠕变边坡，与实际的情况存在明显差异，由此获得的滑动位移结果必然不可靠，得到的可靠性不能完全满足工程要求。

发明内容

针对现有技术用二维蠕变边坡的稳定性分析方法存在与实际状态的差异，本发明所要解决的技术问题就是提供一种三维蠕变边坡的长期稳定性预测方法，它能够结合三维边坡滑动的位移量，计算获得该三维边坡的稳定系数，从而提高预测的可靠性。

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，它包括有以下步骤：

步骤1、选定具体待预测的三维蠕变边坡，确定该三维边坡及其潜在滑裂面的几何尺寸，将潜在滑裂面和边坡表面用方程表示，确定岩土的土体指标参数；

步骤2、将三维蠕变边坡离散化，三维蠕变边坡被垂直离散为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、引入强度折减法，折减系数为RF，和摩尔库伦准则，来计算岩土体的长期抗剪强度；再根据西原体模型，确定第[i,j]条柱底面的剪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位移协调条件，得到第[i,j]条柱底面的剪切力与关键点竖向位移Δ₀的关系；

步骤4、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式，建立一个含有未知数α，β，Δ₀，RF和蠕变时间t的非线性方程组；求解该方程组，得到不同折减系数和不同的时刻所对应关键点的竖向位移Δ₀；进而得到不同折减系数下该三维蠕变边坡的长期竖向位移的关系；关键点长期竖向位移陡增处对应的折减系数RF值为该三维蠕变边坡的稳定系数，从而判断该三维蠕变边坡的长期稳定性。

由于本发明在三维蠕变边坡离散化后，根据3个力平衡方程和3个力矩的平衡方程，并且考虑了三维蠕变边坡的滑动位移量，得到不同折减系数下该三维蠕变边坡的长期滑动位移的关系。从而判断该三维蠕变边坡的长期稳定系数。另外，所有建模过程都能程序化，便于操作和编程，通过计算机实现三维蠕变边坡滑动位移的预测，大大的减少了人为的计算量。所以本发明的优点是：考虑了岩土体的蠕变特性和蠕变边坡的滑动位移信息，提高了计算精度，三维蠕变边坡的长期稳定性预测结果更为可靠。

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边坡潜在滑裂面和边坡表面的剖面图；

图2为三维蠕变边坡离散化结构图；

图3为离散化条柱的受力模型图；

图4为岩土体的西原体模型示意图；

图5为实施例的不同折减系数下的关键点竖向位移Δ₀随时间变化的关系图；

图6为实施例的关键点长期竖向位移随折减系数的关系图。

具体实施方式