一種邊坡變寬度條分的下滑推力評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及邊坡工程穩(wěn)定性評價與滑坡災(zāi)害預(yù)測及防治領(lǐng)域，具體涉及一種邊坡 變寬度條分的下滑推力評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 邊坡是人類工程活動最基本的地質(zhì)環(huán)境之一，也是工程建設(shè)中最常見的工程形 式。對邊坡正確的認(rèn)識、合理的評價、適當(dāng)?shù)闹卫硪约皩⑦吰率Х€(wěn)造成的災(zāi)害降低到最小限 度，在邊坡工程穩(wěn)定性評價與滑坡災(zāi)害預(yù)測及防治領(lǐng)域具有巨大的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
[0003] 目前邊坡穩(wěn)定性分析最廣泛應(yīng)用的方法為極限平衡法。該方法是把滑坡假設(shè)為剛 體，分析其沿滑動面的力學(xué)平衡狀態(tài)，通過抗滑力與下滑力之比計(jì)算滑坡體的安全系數(shù)Fs， 用安全系數(shù)是否大于等于1或大于1的程度來判別邊坡是否穩(wěn)定和穩(wěn)定程度。其中瑞典圓弧 條分法與剩余下滑推力法是該領(lǐng)域非常實(shí)用的滑坡穩(wěn)定性評價方法。瑞典圓弧條分法為一 種等寬條分的土坡穩(wěn)定性評價法，該方法假定滑動面為圓弧形，將圓弧滑動面上的土體等 寬度劃分為若干豎向土條，依次計(jì)算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，并計(jì)算相應(yīng)的 下滑力矩和抗滑力矩，然后疊加計(jì)算出整個滑動土體的穩(wěn)定性，然而對于非圓弧形滑動面， 當(dāng)滑移面傾角變化較大時，依然采用等寬度進(jìn)行條分，不滿足土條的力平衡條件和力矩平 衡條件，其結(jié)果會產(chǎn)生一定的誤差;剩余下滑力分析法假定邊坡整個滑動面在剖面上為折 線型滑移面，每一條分段為折線型滑動面的等傾角直線段，而滑坡推力等于滑坡向下滑動 的力與阻滑力之差。其滑坡推力作用方向平行于該條塊的底面，且作用點(diǎn)在分界線的中央； 當(dāng)作用力合力出現(xiàn)負(fù)值時，取PilO,如果最后一塊的滑坡推力值為負(fù)值，說明該邊坡是穩(wěn) 定的。由于該法假定每一分界上推力的方向平行于上一土條的底滑面，忽略了力矩平衡條 件，通過靜力平衡即可使問題得解，而且能夠?yàn)榛轮卫硖峁┰O(shè)計(jì)推力，因此在交通、水利、 鐵路以及三峽庫區(qū)的滑坡治理工程中得到了廣泛應(yīng)用，在國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范中都將其列 為滑坡穩(wěn)定性評價與治理的推薦方法。然而剩余下滑推力法的基本假定條件決定了此法僅 適用于滑動面為折線型堆積層邊坡的穩(wěn)定性評價與防治，而對于一般漸變曲線滑移面的堆 積層邊坡，特別當(dāng)滑移面切線傾角變化較大時，滑坡坡體土條推力很難滿足其滑坡推力作 用方向平行于該條塊的底面，且作用點(diǎn)在分界線的中央基本假定條件，因此對該類型滑移 面的滑坡，如果依然采用不平衡推力系數(shù)求得穩(wěn)定性系數(shù)對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析與評價必 然會產(chǎn)生較大誤差。甚至將給邊坡工程帶來一定的穩(wěn)定性隱患，危及國家財(cái)產(chǎn)和人民的生 命安全。
[0004] 大量滑坡地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)表明，目前我國許多山區(qū)堆積層邊坡下伏基巖滑移面并不 是折線型滑移面，而是連續(xù)緩變弧形滑移面，其中不同部位下伏基巖滑移面曲率又各不相 同，而上述邊坡剩余下滑推力法雖然可適用于不規(guī)則折線滑移面的穩(wěn)定性評價與設(shè)計(jì)，卻 無法解決滑移面為連續(xù)緩變弧形滑移面的穩(wěn)定性評價問題。且對于大型堆積層邊坡其滑移 面通常是上述兩種類型滑移面的復(fù)合體，即不規(guī)則折線滑面與弧形滑面的復(fù)合型滑移面， 所以運(yùn)用傳統(tǒng)的剩余下滑推力法評價該類邊坡穩(wěn)定性不能滿足其精度要求，極容易產(chǎn)生誤 判。因此，對連續(xù)緩變弧形滑移面或復(fù)合型滑移面的大型堆積層滑坡，尋找一種有效精確的 不等寬條分穩(wěn)定性評價新方法已成為滑坡減災(zāi)防治領(lǐng)域迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述圓弧條分法與剩余下滑推力法的局限與不足，本發(fā)明旨在尋求一種突破 現(xiàn)有傳統(tǒng)的新方法，針對下伏基巖面為連續(xù)漸變曲線滑移面，通過理論分析和比較，認(rèn)為連 續(xù)漸變曲線滑移面的計(jì)算精度與滑面控制點(diǎn)處滑面傾角的變化量密切相關(guān)，通過控制該變 化角度可以控制其精度，同時在剩余下滑推力基本假定中，針對滑坡推力作用方向平行于 該土條的底面的局限性，提出對滑移面進(jìn)行逐步加密條分，將誤差有效控制在5%以內(nèi)。
[0006] 本發(fā)明針對下伏基巖面為連續(xù)漸變曲線滑移面的邊坡工程，研究和確定了一種邊 坡變寬度條分的剩余下滑推力評價方法。首先通過下伏滑移面勘探與測定綜合確定邊坡坡 體主要滑移縱向剖面圖，根據(jù)下伏滑移面傾角Θ的變化，確定傾角變化曲線的極值點(diǎn)與拐 點(diǎn)，以此劃分坡體下伏滑移面條分區(qū)間，對條分區(qū)間分別進(jìn)行等角度條分，并確定整個邊坡 土條條分寬度及剩余下滑推力方向與作用點(diǎn)位置。因此，該方法有效解決了下伏基巖面為 連續(xù)緩變弧形滑移面邊坡的剩余下滑推力準(zhǔn)確計(jì)算與穩(wěn)定性評價問題。
[0007] 本發(fā)明的主要步驟如下：
[0008] 第一步:邊坡坡體下伏滑移面勘探與測定
[0009] 根據(jù)待評價堆積層邊坡坡體的地質(zhì)地貌條件，確定堆積層邊坡坡體垂直埋深Η及 下伏基巖整體滑移面傾角Θ的變化規(guī)律，并繪制堆積層邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖；運(yùn)用 原位測試或室內(nèi)土工試驗(yàn)綜合測定坡體及下伏滑移面的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)(c，p，γ )，并 繪制邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖。
[0010] 第二步:坡體下伏滑移面條分區(qū)間的確定
[0011]根據(jù)第一步繪制的邊坡坡體主要滑移縱向剖面圖，以邊坡后緣方向?yàn)槠鹗键c(diǎn)，繪 制傾角θ的變化曲線圖，確定滑移面曲線傾角θ的變化規(guī)律與坡體下伏滑移面條分區(qū)間。
[0012] 1)確定下伏滑移面傾角θ = 〇°的所有極值點(diǎn)，以這些極值點(diǎn)及滑移面兩端點(diǎn)初步 劃分i個一級條分區(qū)間（i = l，2,3…m);
[0013] 2)下伏滑移面區(qū)間段拐點(diǎn)的確定:分別對上述一級滑移面區(qū)間段坡體進(jìn)行等寬條 分成j個土條(」= 4,5···η)，并確定每一級條分區(qū)間所有土條的傾角θ^(? = 1，2,3···πι; j = 4, 5…η);根據(jù)式（1)計(jì)算所有相鄰加密土條9ij的傾角變化量△ 0ij;若△ 0ij正負(fù)號發(fā)生變化， 則判斷第i個一級條分區(qū)間的第j個土條與第j-Ι個土條的條分點(diǎn)為該滑移面一級區(qū)間段傾 角變化的拐點(diǎn)；
[0014] Δ 0ij = 0ij-0i(j-i) (1)
[0015] 3)根據(jù)上述確定的極值點(diǎn)、拐點(diǎn)及滑移面兩端點(diǎn)，以其作為二級條分區(qū)間的邊界 點(diǎn)，即可確定堆積層滑坡下伏連續(xù)漸變滑移面的各個二級條分區(qū)間。
[0016] 第三步:下伏滑移面條分區(qū)間兩端點(diǎn)傾角變化量的確定
[0017] 依據(jù)第二步所確定的二級條分區(qū)間位置，由坡體后緣位置開始，依次測定各個二 級條分區(qū)間的兩端條分點(diǎn)處傾角9k-、0 k+，根據(jù)式⑵確定該區(qū)間滑移面傾角變化量A0k。
[0018] A0k=0k+-0k- (2)
[0019] 式中：
[0020] Δ 0k-第k個二級條分區(qū)間滑移面曲線傾角變化量；
[0021] 0k- -第k個二級條分區(qū)間靠近坡體后緣的滑移面曲線傾角值；
[0022] 0k+-第k個二級條分區(qū)間靠近坡腳的滑移面曲線傾角值；
[0023] 第四步:邊坡下伏滑移面變寬度條分方法的確定
[0024]根據(jù)傳統(tǒng)剩余下滑推力法，邊坡條分土條越多，評價邊坡的穩(wěn)定性程度精度越高。 然而，考慮有效的條分既要盡量減少工作量，提高評價與防治效益，還要能有效準(zhǔn)確解決邊 坡穩(wěn)定性評價問題，因此本方法提出邊坡下伏滑移面坡體變寬度條分方法的步驟如下： [0025] 1)以| A0k|/U(U = 2,3~N)角度對第k個二級條分區(qū)間條分成u個等寬土條，并依 據(jù)原理1及式(3)，確定此時該區(qū)間傳遞到第k+Ι個二級條分區(qū)間的滑坡推力pu:
[0026] Pu = Pu-iitu-i+KTu-Ru (3)
[0027] 式中：
[0028] pu-第k個二級條分區(qū)間的第u個土條剩余下滑力；
[0029] pm-第k個二級條分區(qū)間的第u-Ι個土條剩余下滑力；
[0030]也-i 一第k個二級條分區(qū)間的第u個土條不平衡推力系數(shù)；
[0031] Tu-第k個二級條分區(qū)間的第u個土條的滑動力；
[0032] Ru-第k個二級條分區(qū)間的第u個土條的抗滑力；
[0033] K-邊坡安全系數(shù)，該滑坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)可根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》 GB50330-2013規(guī)范規(guī)程綜合分析確定。
[0034] 其中，m!的計(jì)算公式見原理1。
[0035] 2)依次取u = 2，3，…N-1，N，并根據(jù)原理2及式⑶分別求得p2，P3，"φ?!-1，pu;
[0036] 3)當(dāng)滿足為-凡-1玄職5時，以A 0k|/u滑移面傾度為條分標(biāo)準(zhǔn)，對二級條分區(qū)間 Pu~\ 坡體進(jìn)行不等寬條分，并確定該