[发明专利]一种适用于坡顶荷载与降雨作用下边坡稳定性的判断方法

摘要

本发明涉及边坡稳定性判断方法，具体是一种适用于坡顶荷载与降雨作用下边坡稳定性的判断方法。本发明解决了现有边坡稳定性判断缺乏一种综合性判断的方法。本发明在瑞典条分法的基础上，结合摩尔‑库伦理论和Green‑Ampt入渗模型对土条应力状态进行分析，构建综合判断边坡稳定性的方法，适用于坡顶荷载与降雨作用下的边坡稳定性判断。

主权项

1.一种适用于坡顶荷载与降雨作用下边坡稳定性的判断方法，其特征在于：包括以下步骤；步骤一：根据Fellenius法表示边坡稳定性系数K；设边坡为均质土体，将圆弧滑动面的圆心记为O₀，半径为R，圆弧滑动面分为若干土条，任取其中一条记为第i条土体，该土条地面中点的法线与竖直线的夹角为θ_i；1.1)第i条土体自重G_i；G_i＝γb_ih_i   (1)其中，γ为土体天然重度，通过比重瓶测量；b_i为第i条土体的宽度；h_i为第i条土体的平均高度；1.2)第i条土体自重G_i分解为通过圆心O₀的法向应力N_i，与滑弧相切的剪应力T_i；N_i＝G_icosθ_i   (2)T_i＝G_isinθ_i   (3)1.3)当边坡处于稳定状态时，其抗剪力T_fi；公式(4)中，N_i'为作用于第i条土体底面法向应力的反力，N_i'与N_i大小相等，方向相反；c为土体粘聚力；土体的内摩擦角；σ_i为第i条土体的应力；l_i为第i条土体的滑动距离；τ_fi为第i条土体的抗剪强度；将整个圆弧滑动面内的各土体对圆心O₀取力矩平衡，∑T_iR＝∑T_fiR   (5)1.4)边坡稳定性系数K；综合公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，则步骤二：降雨条件下边坡稳定性系数计算模型；降雨入渗率I和降雨入渗深度h_iˊ；公式(7)中，H为滑动面垂直高度；k_s为饱和渗透系数；公式(8)中，Q_s为土体饱和含水率，Q_i为土体初始含水率，Q_s、Q_i通过天平与烘箱相结合测量、计算得出；设Q＝Q_s‑Q_i，则在坡面产生积水的临界降雨量I_p和坡面出现积水的临界时间t_P；公式(9)、(10)中，α为边坡坡度，z_f为湿润锋基质吸力，k_s为饱和渗透系数，q为降雨强度；综合公式(7)、(8)、(9)、(10)，则公式(11)中的t为降雨时间；2.1)当降雨强度小于土体饱和渗透系数时，根据公式(11)，则2.2)当降雨强度大于土体饱和渗透系数，根据公式(11)，则2.3)降雨条件下的边坡稳定性系数K；2.3.1)综合步骤一及公式(11)，则公式(12)中，γ_sat为土体饱和重度，通过比重瓶测量；为土体有效内摩擦角；L为滑动面长度；2.3.2)降雨条件下的边坡稳定性系数K的简化计算；将滑动面看作直线，湿润锋平行于坡面，降雨入渗深度距离滑动面深度为S₁，入渗深度距离坡面部分距离为S₂，湿润锋前的土体含水率为土体天然含水率Q_i，湿润锋后的土体含水率为土体饱和含水率Q_s，Q_i、Q_s均是通过天平与烘箱相结合测量、计算得出，则公式(15)、(16)中的D为坡肩到滑动面的距离，h为滑动面两端的垂直距离；综合公式(14)、(15)、(16)，则步骤三：坡顶荷载下边坡稳定性系数计算模型在均布于边坡坡顶上竖向条形荷载，滑动面为一条直线，O为滑动面上的某一点；3.1)O点处产生的大小主应力σ₁、σ₃；公式(18)、(19)中的P为单位长度坡顶荷载的大小，β为O点到荷载作用面两个端点的夹角，且0°≤β≤90°；3.2)O点处所受的剪应力τ和抗剪强度τ_f；设O点为滑动面上一正方形土体单元，根据摩尔‑库伦理论，公式(20)、(21)中，c为土体粘聚力，为土体的内摩擦角，A为大小主应力的夹角，σ为土体中任意一点的应力，综合公式(20)、(21)、(22)，则3.3)O点处所受的剪应力τ和抗剪强度τ_f的简化；O点为滑动面上一正方形土体单元，则O点处大小主应力夹角为45°，综合公式(23)、(24)，则3.4)O点处的土体的剪应力τ和抗剪强度τ_f关系为；综合公式(25)、(26)，则综合步骤一、步骤二并根据公式(27)，进一步得出公式(28)中，β为O点到荷载作用面两个端点的夹角，β₁为夹角的最小值，β₂为夹角的最大值。当O点位于坡顶时，β₁＝0，简化公式(28)为步骤四：降雨和坡顶荷载下边坡稳定性系数计算模型；综合步骤一、步骤二和步骤三，则公式(30)中，G′为在荷载与降雨影响下滑动面重力，L为滑动面长度。G′＝S₁γ+S₂γ_sat   (31)当K＜1时，边坡处于不稳定状态；当1≤K＜1.05时，边坡处于欠稳定状态；当1.05≤K＜1.2时，边坡处于基本稳定状态；当K≥1.2时，边坡处于稳定状态。