一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，涉及物理运动学分析领域，首先提出如下假设：滑体沿坡面运动，仅受到自身重力与坡面的摩擦阻力作用；滑体为刚塑性块体，仅受到外力作用，不计其内力；滑体在通过坡面的坡度变化转折点处时，一直沿滑坡面运动而不发生跳跃，且不考虑转折处的阻滞作用；据此假设滑坡滑体剪出口下方有n个坡面坡度变化段，任取其中第i段进行分析。与现在的理论计算方法相比，前者只能计算滑坡剪出口下为直线形坡面的情况，而本发明专利技术新建立的方法根据滑坡剪出口下部坡面的实际情况将其简化为折线形，在提高计算结果精度的同时，方法有更加广泛的适用范围。

A method for calculating the motion characteristics of landslide on polygonal slope

The invention discloses a method for calculating the zigzag slope landslide characteristics, kinematics analysis involves physical field, first proposed the following hypotheses: sliding along a slope, only by friction force of its own gravity and slope; landslide for rigid plastic block, only by force, regardless of its internal force in the slope landslide; change the turning point through the slope, the slope has been along the sliding motion without jump, and do not consider the blocking effect of turning point; according to the assumptions of landslide body shear outlet below n slope gradient changes, analysis of the I segment as the. Compared with the current theoretical calculation method, the former can only calculate the shear slip of the slope shape slope for the straight line, and the method of the invention is established according to the actual situation of the landslide shear outlet of lower slope can be simplified into polygonal shape, to improve the accuracy of the results at the same time, there are more extensive scope of application of the method.

【技术实现步骤摘要】
一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法
本专利技术涉及物理运动学分析领域，特别涉及一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法。
技术介绍
目前有多种滑坡体下滑后运动速度的方法，如理论计算方法与反演计算法及间接测定法等。后两种方法计算所得是老滑坡的滑速值，可以在滑坡的运动评价预测中作为类比的依据，在此简单的对理论计算方法作一介绍。理论计算法中具有代表性的是能量法、谢德格尔法、科内尔法：(1)能量法是根据能量守恒原理，按照如图1的模型，导出滑块沿滑面下滑S距离(平距L)后的滑速Vs为：式中：α-滑面倾角(沿滑动方向)(°)；W-滑体单宽重量(kN/m)；f、c-滑动时滑面抗剪强度参数，f为内摩擦系数，c为内聚力(kN/m3)；H-滑体质心落差(m)；l-滑块与滑面接触长(沿滑动方向)(m)；如不考虑c，则可简化为：当滑面为非平面时，可取α、f的平均值作近似计算。(2)谢德格尔法(A.E.Scheidegger，1978)：考虑了滑坡体积效应。谢德格尔根据33个滑坡的调查资料发现，滑坡体积与等价摩擦系数(滑坡断壁冠与趾尖连线的斜率fe，又称为架空坡斜率A.Heim，1932)在对数坐标上呈直线关系。两者关系的经验式为：lgfe＝αlgV+b式中：V为体积；a＝0.15666；b＝0.6219。根据V求出fe后按下式计算滑速：(3)科内尔法(H.J.Korner，1976)将大型滑坡视为流体，按流体力学方法计算滑速。设定阻力有两个部分，一部分由滑动摩擦组成，另一部分取决于滑动速度的平方：R1＝fN式中：N为法向作用力；N＝ρDFcosα(ρ、DF为流体密度和厚度)；ξ为流体紊流系数；推算得到：式中：V0为初速度；这几种方法中，能量法考虑的滑面或运动路径为直线，其它两种方法考虑的是灾害后的评价且参数不易获取。这些方法在应用上均具有一定局限性，尤其是针对危害性事前预测方面，目前尚无完善的理论计算方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷提供一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，滑坡发生破坏后滑坡体可能的运移距离与速度等运动特征关系到滑坡地质灾害可能造成的危害范围及后果，是滑坡评价与治理研究理论界与工程界的热点问题。采用该方法可以准确地计算得到滑坡破坏后滑体的滑动距离与速度等运动特征，计算结果可为滑地质灾害的预测防治中的灾害危害性评价、预警区域设置及防治工程设计等工作提供最直接的数据支持。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，首先提出如下假设：滑体沿坡面运动，仅受到自身重力与坡面的摩擦阻力作用；滑体为刚塑性块体，仅受到外力作用，不计其内力；滑体在通过坡面的坡度变化转折点处时，一直沿滑坡面运动而不发生跳跃，且不考虑转折处的阻滞作用；据此假设滑坡滑体剪出口下方有n个坡面坡度变化段，任取其中第i段进行分析。作为优选，分析包括：①由运动学基本理论分析滑体沿折线坡面下滑：在i-1坡面滑出的坡体具有沿坡面的速度Vi-1，则其在第i段坡面的起始下滑速度为Vi-1沿第i段坡面的切向分量：Vi0＝cos(|ai-ai-1|)·Vi-1(1)当其顺第i段坡面下滑时，根据假设条件，滑体受到的下滑力为：Fti＝W·sinai(2)式中：W－滑体单宽重量；α－沿滑动方向滑面倾角；滑体受到的抗滑力为：式中：a－沿滑动方向滑面倾角；W－滑体单宽重量；c－滑动时滑面抗剪强度参数；li－第i段坡面上沿滑动方向滑块与坡面接触长；考虑滑体下滑时发生变形，与滑面的接触长度发生变化，当假定下滑过程中滑体不变形时，则各段坡面的滑块与坡面接触长相同；则下滑力与抗滑力的合力为：式中：各参数意义同上；由Fi＝m·ai，有：式中各参数意义同上由运动学公式：此处Si为坡面的长度，有则有：将(1)式带入上式得：整理后得：式中：Hi－滑体在第i段坡面下滑的高度，即滑体质心落差；Vi0－第i段坡面的起始点速度；ai、ai-1－第i段与i-1段沿滑动方向滑面倾角。作为优选，分析还包括：②由能量守恒定律分析滑体的下滑过程：分析滑体在第i段的下滑过程，滑体在A点具有势能，其从第i-1段滑下来，具有动能，滑过第i段坡面到达B点时，具有势能、动能，同时要克服抗滑力做功，则根据能量守恒的原理，滑体在A点的能量之合等于其在B点的能量之合加上克服外力所做的功，则有：将(1)式带入上式有：整理上式可得：将(3)式带入上式整理得：则滑体滑过第i段坡面后的速度为：式中：HiHi－滑体沿第i段坡面下滑的高度，即滑体质心落差；Vi0－滑体在第i段坡面的起始点速度；ai、ai-1－第i段与i-1段沿滑动方向滑面倾角；该公式与根据运动学原理推导得到的公式8具有相同的形式，根据该公式，在计算折线形坡面滑体运动速度时，从上到下依次计算得到各转折点的滑速。作为优选，进一步简化公式，将由滑面抗剪强度引起的抗滑效应引入滑体与坡面的综合摩擦系数来表征，则有：式中：f0－滑体与坡面的综合摩擦系数；滑体与坡面的综合摩擦系数大小可由滑面抗剪强度参数推算，此时计算公式为公式(12)，当滑体运动时，其为滑体与坡面的滑动摩擦系数，可由现场试验确定，当不具备现场试验条件时，可根据相似滑坡的滑速与滑距反算确定，此时由公式13计算；由该公式可以看出，当综合摩擦系数与滑面倾角余弦和乘积大于滑面倾角的余弦时，滑体做减速运动，当二者相等时，做匀速运动，当前者小于后者时，滑体做加速运动。作为优选，分析还包括：③滑体沿剪出口下方折线形坡面下滑的滑距计算在进行滑坡致灾性评价与灾害防治时，需要对变形破坏后滑体的滑距进行计算，当滑体速度为零时，滑体停止运动，此时，滑体在水平面上的运动距离就是滑距，据此，根据以上折线性坡面滑体运动速度的计算公式，进一步推导可以得到折线坡面滑体的滑距计算公式：首先，求取滑体速度为零处的下降高度，假设滑体在第i段坡停止运动，则由运动学公式此处Si为滑体在第i段坡面运动的长度，有Vi0滑体在第i段坡面的起始点速度，Vit为末速度，当Vit＝0时，由公式(1)、公式(5)则有：整理上式得：如前述引入滑体与滑面综合摩擦系数，则上式变为：则在第i段坡面的滑距为：滑坡整体的滑距为滑体沿各段折线坡面运动的滑动距离之和，则滑坡变形破坏的总滑距为：式中：m-滑体在停止运动前滑过的折线形坡面段数；L-滑坡的总滑距；Li-第i段坡面的滑距，滑体停止前的各段坡面的Li就是坡面的平距；据此，可以得到滑坡的滑块在坡面上运动的滑距。与现有技术相比本专利技术的优点在于：目前计算滑坡运动特征的方法有理论计算方法与反演计算法及间接测定法。与反演计算法及间接测定法相比，这两种方法仅能对已经发生滑动变形破坏的老滑坡运动特征进行计算，新方法建立在合理的简化与严密的理论推导之上，计算结果的精度更高，同时，该方法对可能变形破坏的滑坡运动特征进行预测。该方法也属于理论计算方法，但与现在的理论计算方法相比，前者只能计算滑坡剪出口下为直线形坡面的情况，而新建立的方法根据滑坡剪出口下部坡面的实际情况将其简化为折线形，在提高计算结果精度的同时，方法有更加广泛的适用范围。附图说明图1为平面滑动要素示意图；图2为剪出口下折线型坡面滑体下滑计算的受力示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。如图2所示，一种计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，其特征在于，首先提出如下假设：滑体沿坡面运动，仅受到自身重力与坡面的摩擦阻力作用；滑体为刚塑性块体，仅受到外力作用，不计其内力；滑体在通过坡面的坡度变化转折点处时，一直沿滑坡面运动而不发生跳跃，且不考虑转折处的阻滞作用；据此假设滑坡滑体剪出口下方有n个坡面坡度变化段，任取其中第i段进行分析。

【技术特征摘要】
1.一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，其特征在于，首先提出如下假设：滑体沿坡面运动，仅受到自身重力与坡面的摩擦阻力作用；滑体为刚塑性块体，仅受到外力作用，不计其内力；滑体在通过坡面的坡度变化转折点处时，一直沿滑坡面运动而不发生跳跃，且不考虑转折处的阻滞作用；据此假设滑坡滑体剪出口下方有n个坡面坡度变化段，任取其中第i段进行分析。2.根据权利要求1所述的一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，其特征在于，分析包括：①由运动学基本理论分析滑体沿折线坡面下滑：在i-1坡面滑出的坡体具有沿坡面的速度Vi-1，则其在第i段坡面的起始下滑速度为Vi-1沿第i段坡面的切向分量：Vi0＝cos(|ai-ai-1|)·Vi-1(1)当其顺第i段坡面下滑时，根据假设条件，滑体受到的下滑力为：Fti＝W·sinai(2)式中：W－滑体单宽重量；α－沿滑动方向滑面倾角；滑体受到的抗滑力为：式中：a－沿滑动方向滑面倾角；W－滑体单宽重量；c－滑动时滑面抗剪强度参数；li－第i段坡面上沿滑动方向滑块与坡面接触长；考虑滑体下滑时发生变形，与滑面的接触长度发生变化，当假定下滑过程中滑体不变形时，则各段坡面的滑块与坡面接触长相同；则下滑力与抗滑力的合力为：式中：各参数意义同上；由Fi＝m·ai，有：式中各参数意义同上由运动学公式：此处Si为坡面的长度，有则有：将(1)式带入上式得：整理后得：式中：Hi－滑体在第i段坡面下滑的高度，即滑体质心落差；Vi0－第i段坡面的起始点速度；ai、ai-1－第i段与i-1段沿滑动方向滑面倾角。3.根据权利要求2所述的一种计算折线形坡面上滑坡体运动特征的方法，其特征在于，分析还包括：②由能量守恒定律分析滑体的下滑过程：分析滑体在第i段的下滑过程，滑体在A点具有势能，其从第i-1段滑下来，具有动能，滑过第i段坡面到达B点时，具有势能、动能，同时要克服抗滑力做功，则根据能量守恒的原理，滑体在A点的能量之合等于其在B点的能量之合加上克服外力所做的功，则有：将(1)式带入上式有：整理上式可得：将(3)式带入上式整理得：则滑体滑过第i段坡面后的速度为：式中：HiHi－滑体沿第i段坡面下滑的高度，即滑体质心落差；Vi0－滑体在第i段坡面的起始点速度；ai、ai-1－第i段与i-1段沿滑动方向滑面倾角；该公...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖军，冯文凯，刘志刚，吴钟腾，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51