一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，该方法包括将高位滑坡划分为三个状态和两个阶段；并根据所给地质剖面，采用Rhino建模软件求出滑坡体条分后计算所需的特征参数。本发明专利技术的技术方案通过将滑坡体的入水速度划分为两种运动阶段，先算出滑坡体质点所在土条前所有土条的最大滑出速度并将其作为滑体滑出剪出口时的速度，再根据能量法计算质心的入水速度，将滑坡体的入水速度等效为滑坡体质心的入水速度，便于理解，计算简便，从而可以十分迅速地求出高位滑坡体的入水速度，该计算方法精准可靠，计算结果贴近实际情况，不会出现严重偏差的问题。不会出现严重偏差的问题。不会出现严重偏差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法


[0001]本专利技术涉及滑坡防灾减灾
，特别涉及一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法。

技术介绍

[0002]滑坡是斜坡上的土体受到自然或人为作用，土体失稳沿着软弱面或软弱带整体或分散地向下滑动的自然现象。滑坡体的下落会给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失，甚至是毁灭性的灾难。
[0003]我国西南水电开发区处于高山峡谷地带，水库调动，地震多发使得该地区滑坡灾害频繁发生，而滑坡体沿着山体滑入水面，引发的涌浪传播对附近村落以及水工建筑物造成巨大损失，而其中高位滑坡体因其质心离水面高度偏高，入水速度较大，对后续滑坡涌浪的传播特征产生较大影响，因此准确计算滑坡体入水速度具有重要意义。
[0004]目前，关于滑坡体入水速度的计算主要使用经验公式法、物理模型实验法和数值分析法；其中，物理模型实验法虽然计算数据精准可靠，但是实验成本高，实验耗时耗力，相比之下，经验公式法和数值分析法就简单的多，其通过对滑坡体入水全过程的运动情况进行拆解分析，从而计算出滑坡体的入水速度，数据获得成本低，省时省力，但是其又存在计算结果有时候与实际情况偏差严重，计算方法不可靠的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，旨在解决现有的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法不可靠，计算结果有时候与实际情况存在严重偏差的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，包括：
[0007]将高位滑坡划分为三个状态和两个阶段；
[0008]根据所给地质剖面，采用Rhino建模软件求出滑坡体条分后计算所需的特征参数；
[0009]根据求得的特征参数，采用改进潘家铮法求出滑坡体条分后各土条滑出剪出口时的速度与时间；
[0010]将质心所在土条前的所有土条滑出剪出口时的速度的最大值作为初速度；
[0011]根据初速度，采用能量法求出质心入水速度；
[0012]将质心入水速度作为高位滑坡体入水速度。
[0013]在一实施例中，所述三个状态包括初始状态、滑出状态、入水状态。
[0014]在一实施例中，所述两个阶段包括滑出阶段、滑移阶段。
[0015]在一实施例中，所述特征参数包括：各土条重度、各土条底滑面平均倾角、滑坡体地下水压力。
[0016]在一实施例中，所述根据求得的特征参数，采用改进潘家铮法求出滑坡体条分后各土条滑出剪出口时的速度与时间包括：
[0017]假定滑坡体为刚体、土条发生刚体位移，也即垂直土条发生位移后仍为垂直土条，假定条块底滑面倾角为土条平均倾角、条块间合力方向与条块底滑面平行，考虑地下水位影响，假定作用于底滑面的水压力垂直于底滑面、作用于条间面的水压力平行于底滑面；
[0018]取滑体任一土条受力分析，土条受自身重力、底滑面上受摩擦力τ
i
、滑面支持反力N
i
、地下水对地面的扬压力U
bi
、竖直面上受条间力F
i
以及水压力U
i
；
[0019]沿垂直和平行底滑面的方向建立平衡方程：
[0020]垂直底滑面方向：
[0021]W
i
cosα
i
‑
U
bi
‑
N
i
＝0
ꢀꢀꢀ
(1)
[0022]式中：
[0023]W
i
为第i个土条重度；
[0024]α
i
为第i个土条地面平均倾角；
[0025]U
bi
为第i个土条所受扬压力；
[0026]N
i
为第i个土条受滑面支持力；
[0027]平行底滑面方向：
[0028][0029]式中：
[0030]ΔF
i
为第i个土条条间力增量；
[0031]ΔU
i
为第i个土条所受水压力增量；
[0032]τ
i
为第i个土条底面摩擦力；
[0033]a
i
为第i个土条加速度；
[0034]考虑Mohr
‑
Coulomb强度准则：
[0035][0036]式中：
[0037]为第i个土条底面内摩擦角；
[0038]c
i
为第i个土条底面内粘聚力；
[0039]l
i
为第i个土条底面长度；
[0040]对于整个滑体，F
i
为内力，则有：
[0041][0042]将式(1)和式(3)代入式(2)，消去N
i
和τ
i
后求和，根据式(4)消去ΔF
i
，得到土条滑出加速度：
[0043][0044]取滑体开始下滑为t0＝0，依次滑动滑体底滑面长度ΔL
i
时，记为t1，t2…
，假设土条作匀加速运动，由式(5)计算t0时加速度a0，在t＝t1时，滑体速度为：
[0045][0046]所用时间ΔT1为：
[0047][0048]且：
[0049]t1＝t0+ΔT1ꢀꢀꢀ
(8)
[0050]在t＝t1时，各土条都已滑移一段距离，即滑到前一土条的位置，此时第i土条上的重量变成W
i+1
，之后各土条滑出速度计算为：
[0051][0052]所用时间ΔT
i
为：
[0053][0054]在一实施例中，所述根据初速度，采用能量法求出质心入水时速度包括：
[0055]假定质心滑出状态为初始状态，质心入水状态作为终点状态；
[0056]滑体质心运动至剪出口时质心速度为V0，由剪切口沿山体滑移入水，重力做功为mgh，摩擦力做功为μ
hy
为滑移阶段动摩擦系数，考虑地形因素，对摩擦做功进行修正，引入地形修正系数k，摩擦力做功修正为据此滑移阶段能量守恒方程如下：
[0057][0058]滑移阶段质心入水速度V根据公式(11)推导得出：
[0059][0060]式中：
[0061]V0为质心滑出剪出口的速度；
[0062]h为剪出口距离水面高度；
[0063]β为滑行坡面平均倾角；
[0064]μ
hy
为滑移阶段动摩擦系数；
[0065]k为地形修正系数，k>1。
[0066]有益效果：本专利技术的技术方案通过将滑坡体的入水速度划分为两种运动阶段，先算出滑坡体质点所在土条前所有土条的最大滑出速度并将其作为滑体滑出剪出口时的速
度，再根据能量法计算质心的入水速度，将滑坡体的入水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，其特征在于，包括：将高位滑坡划分为三个状态和两个阶段；根据所给地质剖面，采用Rhino建模软件求出滑坡体条分后计算所需的特征参数；根据求得的特征参数，采用改进潘家铮法求出滑坡体条分后各土条滑出剪出口时的速度与时间；将质心所在土条前的所有土条滑出剪出口时的速度的最大值作为初速度；根据初速度，采用能量法求出质心入水速度；将质心入水速度作为高位滑坡体入水速度。2.如权利要求1所述的一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，其特征在于，所述三个状态包括初始状态、滑出状态、入水状态。3.如权利要求1所述的一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，其特征在于，所述两个阶段包括滑出阶段、滑移阶段。4.如权利要求1所述的一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，其特征在于，所述特征参数包括：各土条重度、各土条底滑面平均倾角、滑坡体地下水压力。5.如权利要求1所述的一种基于势能动能转化的高位滑坡滑移运动入水速度计算方法，其特征在于，所述根据求得的特征参数，采用改进潘家铮法求出滑坡体条分后各土条滑出剪出口时的速度与时间包括：假定滑坡体为刚体、土条发生刚体位移，也即垂直土条发生位移后仍为垂直土条，假定条块底滑面倾角为土条平均倾角、条块间合力方向与条块底滑面平行，考虑地下水位影响，假定作用于底滑面的水压力垂直于底滑面、作用于条间面的水压力平行于底滑面；取滑体任一土条受力分析，土条受自身重力、底滑面上受摩擦力τ
i
、滑面支持反力N
i
、地下水对地面的扬压力U
bi
、竖直面上受条间力F
i
以及水压力U
i
；沿垂直和平行底滑面的方向建立平衡方程：垂直底滑面方向：W
i
cosα
i
‑
U
bi
‑
N
i
＝0
ꢀꢀꢀ
(1)式中：W
i
为第i个土条重度；α
i
为第i个土条地面平均倾角；U
bi
为第i个土条...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁宇，王海红，易魁，王环玲，徐卫亚，陈域，易义红，赵海忠，范雪枫，齐元龙，杨赟明，龚友龙，
申请(专利权)人：河海大学中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：