边坡失稳后果量化分析方法

摘要

本发明公开一种边坡失稳后果量化分析方法，首先通过极限平衡方法计算得到临界滑动面，其次利用光滑粒子流体动力学方法计算得到滑坡位移场，进而通过对比分析确定有效位移阈值，接着利用一系列边坡失稳工况拟合边坡失稳最终滑动面面积与其安全系数之间的关系式，最终利用拟合的关系式计算安全系数小于1情况下的滑动面积，并结合滑动面面积直方图来量化边坡失稳后果，克服传统方式边坡失稳后果量化效果差等缺陷，能够合理、有效量化边坡失稳后果，对于滑坡风险的防治具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明属于边坡灾害评价与防治技术领域，具体涉及一种边坡失稳后果量化分析新方法， 特别是一种基于光滑粒子流体动力学方法确定边坡失稳最终滑动面，进而与极限平衡方法计 算所得最小安全系数建立关联，最终量化边坡失稳的后果。

背景技术

在边坡灾害防治领域，一般采用边坡稳定分析方法，譬如极限平衡方法和有限元强度折 减法进行最小安全系数的搜索，并利用其对应的临界滑动面来评估边坡失稳的后果。然而， 对于濒临失稳或者已经失稳的边坡而言，极限平衡方法和有限元强度折减方法所得到的临界 滑动面仅仅是滑坡发生初始时刻的起滑面，该起滑面与滑坡发生导致的最终滑动面存在一定 差别，从而给边坡失稳后果量化带来误差，因此目前亟需一种能够合理、有效量化边坡失稳 后果的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术采用常规极限平衡方法或有限元强度折减 方法所得到的临界滑动面仅仅是滑坡发生初始时刻的起滑面，与最终滑动面存在一定的差别， 导致边坡失稳后果量化效果差等缺陷，提供一种用于边坡失稳后果量化的新方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种边坡失稳后果量化分析方法，包括以下步骤：

S1、对拟研究边坡的最小安全系数F_min及其滑动面面积A进行分析计算；

S2、将边坡原始力学参数除以最小安全系数F_min得到折减参数，基于得到的折减参数，利用>n＝c/F_min，内摩擦角>

S3、设定位移阈值δ_d，逐一判断每个粒子的位移值是否大于δ_d，若大于δd则该粒子视为滑动>d的粒子(即滑动粒子)并汇总其面>d，重新计算滑动粒子的>d即为有效的位移阈值δ₀，即最终确定了有效位移阈值δ₀；

S4、根据粘聚力参数c_n和内摩擦角设计m组致滑参数组合c_i和i＝1,2,……,m，首>i，然后利用光滑粒子流体动力学方法计算相应的位移场，>0计算每种工况下边坡失稳最终滑动面及其滑动面积B_i；

S5、在EXCEL中以F_i为横轴，B_i为纵轴，绘制F_i～B_i之间的散点图，并采用拟合曲线拟合>i～B_i之间的变化趋势，所得到的拟合函数为B＝f(F)；

S6、生成符合假定概型的蒙特卡罗样本，针对每一样本，利用极限平衡方法计算其安全系数 F，若安全系数F大于或等于1，则表明边坡未失稳；若安全系数F小于1，则利用函数曲线 B＝f(F)计算相应的滑动面积，最终通过滑动面积直方图量化边坡失稳后果。

进一步的，所述步骤S4中，m的取值为6-12。

进一步的，所述步骤S4中，c_i＝c_n-(c_n-c_s)×i/m，其中，c_s和>min＝0.1确定的粘聚力值和内摩擦角值；基于c_i，采用光滑粒>0确定滑动粒子面积，记为B_i；基于c_i，采>i。

进一步的，所述步骤S6中，在EXCEL中利用NORMDIST函数生成正态分布变量，进 而利用相关转换公式得到符合假定概型的蒙特卡罗样本值c^j和j＝1,2,……N，N为样本>j和采用极限平衡方法计算其安全系数F^j，判断F^j是否小于1，若是，则>j)计算边坡失稳后的滑动面积B^j；若否，则表明边坡未失稳，不计算滑动面积；当>

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案所提出的边坡失稳后果量化分析方法，首先通过极限平衡方法计算得到临界滑动 面，其次利用光滑粒子流体动力学方法计算得到滑坡位移场，进而通过对比分析确定有效位 移阈值，接着利用一系列边坡失稳工况拟合边坡失稳最终滑动面面积与其安全系数之间的关 系式，最终利用拟合的关系式计算安全系数小于1情况下的滑动面积，并结合滑动面面积直 方图来量化边坡失稳后果，不仅能够合理、有效量化边坡失稳后果，而且还能够为边坡支护 与加固提供决策支持，根据滑动面积的平均值与标准差能够有效地进行灾害防治成本预算， 对于滑坡风险的防治具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例所述边坡失稳后果量化分析方法流程框图；

图2为本发明实施例中黏性土边坡示意图；

图3为本发明实施例中通过光滑粒子动力学方法计算所得的位移云图；

图4为本发明实施例有效位移阈值δ₀确定示意图；

图5为本发明实施例F_i～B_i拟合示意图；

图6为传统方法边坡失稳后果量化示意图；

图7为采用本发明实施例所述方法的边坡失稳后果量化示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本 发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。

如图1所示，本实施例公开一种边坡失稳后果量化分析方法，包括以下步骤：

S1、首先对待研究边坡进行稳定性验算，利用极限平衡方法计算边坡最小安全系数F_min和相>

S2、将边坡原始力学参数除以最小安全系数F_min得到折减参数，基于得到的折减参数，利用>n＝c/F_min，内摩擦角>

S3、设定位移阈值δ_d(比如0.01m)，逐一判断每个粒子的位移值是否大于δ_d，若大于δd则>d的粒子(即滑动粒>d，重新>d即为有效的位移阈值δ₀，即最终确定了有效位移阈值δ₀；

S4、根据粘聚力参数c_n和内摩擦角设计m组致滑参数组合c_i和i＝1,2,……,m，m>i＝c_n-(c_n-c_s)×i/m，c_s和是根据极限平衡方法>min＝0.1所确定的粘聚力值和内摩擦角值；基于c_i，采用光滑粒子流体动力学方法，>0确定滑动粒子面积，记为B_i；基于c_i，采用极限平衡方法计算>i；

S5、在EXCEL中以F_i为横轴，B_i为纵轴，绘制F_i～B_i之间的散点图，并采用拟合曲线拟合>i～B_i之间的变化趋势，所得到的拟合函数为B＝f(F)；

S6、在EXCEL中利用NORMDIST函数生成正态分布变量，进而利用相关转换公式生成符合 假定概型的蒙特卡罗样本值c^j和j＝1,2,……N，N为样本数目；针对每一样本，基于c^j和采用极限平衡方法计算其安全系数F^j，判断F^j是否小于1，若是，则利用B＝f(F^j)>j；若否，则表明边坡未失稳，不计算滑动面积；当N个样本值>

如图2所示，某粘性土边坡，坡高2m，土的粘聚力c为8.0kpa，内摩擦角为0°，按照 极限平衡方法中的简化毕晓普法计算其最小安全系数F_min为1.11，相对应的滑动面如图2中>2。将c/1.11得到折减后c_n＝7.2kPa，将其输入光滑粒>

首先设定δ_d＝0.01m，汇总高于0.01m的粒子总面积B为10.82m²，逐步增加δ_d取值，并>0＝0.014m。本>s＝5kPa，m＝11，设计c₁＝c_n-(c_n-c_s)×1/m＝7.0kPa，同理c₂＝6.8kPa，以此类推得到>11＝5.0kPa，分别计算c₁，c₂，……，c₁₁下，边坡的最小安全系数F₁，F₂，……，F₁₁，分别>0汇总得到滑动粒子的面积B₁，B₂，……，B₁₁，>i为横轴，以B_i为纵轴，绘制散点图如图5所示，选用合适的直线进行拟合，最终得到拟>

假定该边坡粘聚力参数c的平均值为8.0kPa，变异系数为0.3，也即标准差为2.4kPa，符 合对数正态分布，则lnc符合正态分布，其标准差为均值为 ln(8)-0.5ln(1+0.3²)＝2.04，在EXCEL中采用NORMDIST(rand(),2.04,0.29,0)得到lnc的抽样>lnc得到c的抽样值，rand()为[0,1]之间的随机数，N＝10000，即得到10000>

为了证明本发明方法的有效性，现进行对比分析，传统的边坡失稳后果量化方法是由最 小安全系数对应的滑动面面积A确定，如图6所示，10000个蒙特卡罗样本中有3639个样本 下边坡发生失稳，其滑动面积均为10.4m²，因此在边坡失稳后果量化时，其后果可以计算为：>2。本发明方法的量化结果示意图如图7所示，在3639个样本下，边>2之间，具体来说，滑动面积为介于10～11m²的有391个>2的有357个样本……，采用本发明所述方法量化的边坡失稳后果为5.92m²。>

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟 悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例 应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施 例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。