[发明专利]高位远程滑坡－碎屑流犁切效应运动特征参数计算方法

说明书

高位远程滑坡－碎屑流犁切效应运动特征参数计算方法属于地质灾害防治安全技术领域，广泛适用于高位远程滑坡运动范围评估和体积估算。本发明包括两大计算方法，分别是1)犁切计算模型建立及犁切深度、阻力、体积等运动特征参数计算方法，2)可变形滑块‑弹簧模型确定及及滑块的位置、速度、宽度、高度计算方法，本发明可为高位远程滑坡－碎屑流运动范围评估、动力学计算和体积测算提供较为科学的运动特征参数。本发明可进一步提高体积测算准确率。同时，以上提出的犁切计算模型进一步量化了运动过程中体积放大效应。

技术领域

本发明涉及一种高位远程滑坡－碎屑流运动中犁切计算模型、以及相应的犁切阻力、深度、体积等运动特征参数计算方法，属于地质灾害防治安全技术领域，广泛适用于高位远程滑坡运动范围评估和体积估算。

背景技术

高位远程滑坡－碎屑流是一种破坏性极大的的突发性地质灾害，此类灾害一般高位启动、惯性加速、动力侵蚀、流通堆积，最终在下游河沟形成堵溃放大效应，造成重大人员财产损失，是近年来防治的重点和难点。因此，高位远程滑坡－碎屑流运动范围评估和体积估算具有重要的社会意义和经济价值。

高位远程滑坡－碎屑流运动过程中犁切作用导致的体积放大效应不容忽视，其运动特征的理解也具有相当的复杂性。目前，常见高位远程滑坡－碎屑流理论模型有雪橇模型、基底液化模型、摩擦流变模型、颗粒流模型。这些理论模型中滑坡－碎屑流与下部基底之间的摩擦阻力计算通常简化为面力，而不是具有真实厚度的三维模型，忽略了结构体系间材料特性和相互作用的动力学过程。这样的简化分析导致体积放大效应计算理论不够完整，且大多依靠经验标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种概念清晰，易于理解的方法来解决上述缺点。具体技术方案如下：

高位远程滑坡－碎屑流犁切效应运动特征参数计算方法，包括两大计算方法，分别是1)犁切计算模型建立及犁切深度、阻力、体积等运动特征参数计算方法，2)可变形滑块-弹簧模型确定及及滑块的位置、速度、宽度、高度计算方法，其特征在于还包括以下步骤，如图1所示：

步骤1，将高位远程滑坡－碎屑流划分为n块可变形滑块，划分的数目越多，精度越高，计算时间也越长。具体原理可根据陈祖煜《土质边坡稳定分析：原理·方法·程序》，进而建立基本可变形滑块-弹簧模型，该模型已经成功运用在高速滑坡运动分析计算中，可参见Tiande Miao等.A sliding block model forthe runoutprediction ofhigh-speedlandslides.Can.Geotech.J.38:217–226(2001)，如图2所示。步骤1具体包括：

1.1)假定计算参数，具体参数如下：

第i个滑块中心的位置和左右两侧边界位置；

第i个滑块中心的平均高度和左右两侧边界高度，其中值均为0；

θ_i：第i-1滑块底部(和滑动面重合)与水平面的夹角(以水平线为起始线，逆时针为正角，顺时针为负角)；

P_i^b，第i个滑块左右两侧边界侧向压力；

T_i：滑坡运动时基底的阻力，包括剪切阻力和犁切阻力，详见步骤2和3；

N_i：滑坡运动时基底对滑坡的支持力，垂直于滑块底部；

b_i，ρ_i，V_i，m_i，W_i：分别为第i个滑块的宽度、密度、体积、质量和重量；

第i个滑块速度，运动方向与滑动面平行。

1.2)建立滑坡各滑块沿运动方向的力学平衡方程，具体计算公式如下：