一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法

本发明涉及滑坡预测方法，特别涉及一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法。

背景技术：

1、我国是一个地质灾害频繁发生的国家，特别是滑坡灾害。滑坡体是指在重力作用下，坡体局部稳定性受损，沿一条或几条破裂滑动而向下做整体滑动的岩体或其他碎屑，其过程和现象往往造成巨大的工农业生产损失，也造成人民生命财产的损失，有些甚至是毁灭性的灭顶之灾。边坡在雨季很容易出现滑坡现象，正常情况下稳定的边坡极有可能随着降雨时间的推移，以及雨水的渗透作用而出现滑坡体。经调查，多雨季节或强降雨后发生的边坡失稳情况居多，这说明雨水渗透对边坡稳定性有着至关重要的影响。

2、降雨对滑坡的危害主要表现在两个方面:一是土体浅层迅速达到饱和，坡面形成地表径流，对坡面造成冲刷；二是液体渗透到坡体内部，边坡土体含水量增加，同时产生一定的渗流力，土体强度降低和渗流力的共同作用导致边坡产生滑动破坏，从而引起渗流场的变化，引起动水荷载和静水荷载在土体上的增加和土体抗剪强度指标的降低。

3、一般认为降雨会诱发浅层的滑坡，这种滑坡体的破坏主要是受稳定性系数较低、一般接近临滑状态的滑坡带分布和强度的控制。目前对于滑坡稳定性分析一般采用极限平衡法，这类方法广泛用于滑坡的治理设计中。根据极限状态下土条受力与力矩的平衡情况，对滑动土体进行条分分析；对滑动土体进行静力平衡分析，假定其稳定性评价时相应的滑裂面，用抗滑力和下滑力的比值来做安全系数。最危险的滑动面(即临界滑动面)的形状和位置，通常需要假定在实际斜坡的设计和稳定性评估中。临界滑动面可以搜索到满意的结果，而不需要借助复杂的优化技术，当潜在滑动面被假定为圆弧状。国内外关于降雨导致的边坡浅层稳定分析方法研究大多基于假定的顺坡平面、圆弧、折线等滑动失稳模式。

4、因此，发明一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，所述预测方法包括以下步骤：s1、基于green-ampt积水入渗模型，认为水分在湿润锋处始终保持某恒定吸力作用下向下入渗，重点是降雨入渗和积水入渗的关系，不考虑地表有自由水头情况；同时结合土-水特征曲线采用的van-genuchten模型拟合，得到降雨的入渗深度hw与时间t的关系曲线，其中hw和t的关系由下列式子确定,

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5、式中：θ为体积含水率；θr为残余体积含水率；θs为饱和体积含水率；θi为初始体积含水率；hm为吸力水头；a、m、n为相关实验拟合参数；k0为最大渗透系数；

6、s2、在s1中通过土-水特征曲线确定对应吸力水头值，得到不同的初始体积含水率的入渗深度hw与时间t的关系；每个初始体积含水率对应的入渗深度hw与时间t曲线，随着时间的推移都会到达一个峰值，把这个峰值记为hmax，取这个hmax作为入渗深度hw；

7、s3、搜寻滑弧面圆心位置，由几何关系得到的斜坡面与圆弧切线的夹角和圆心角的关系，通过不断改变斜坡面与圆弧切线的夹角的大小，搜索出圆心角的大小；

8、s4、计算滑坡体安全系数fs，由计算得到不同的安全稳定系数，根据计算安全稳定系数寻找最小的安全稳定系数；安全稳定系数大于1的土体处于稳定的状态，安全稳定系数小于1的土体处于不稳定状态，最有可能发生滑坡，通过计算结果寻找最小的安全稳定系数，相应的面即为最危险滑动面。

9、优选的，所述步骤s1、s2中，通过green-ampt模型和van-genuchten模型，得到降雨的入渗深度hw与时间t的关系曲线。

10、优选的，所述步骤s3中，使用滑角描述滑坡曲面的变化，坡面与圆弧切线的夹角以1°为一个步长逐次递增，在允许的范围内变化，即可计算出相应的圆心角大小,

11、

12、式中：β为圆弧的圆心角；β′为坡面与圆弧切线的夹角；在整个搜索过程中通过不断改变斜坡面与圆弧切线的夹角β′，进而确定圆心角的大小。

13、优选的，所述步骤s4中，基于mohr.coulomb破坏理论，分析边坡浅层失稳的滑动面形状随土体应力状态的变化特征，建立考虑雨水浸润软化深度和浸润范围因素影响的力学模型，推导安全系数表达式，讨论边坡浅层处于临界状态时，雨水浸润范围与入渗深度之间的关系：

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16、式中：s表示抗滑力，t表示滑动力，μ表示孔隙水压力，c′表示土体有效粘聚力，表示有效内摩擦角，hw表示入渗深度，r表示假定圆弧半径，γ′表示浮容重，γsat表示饱和重度γw表示水的重度，i表示水力梯度，h*表示滑面上的点到水平坡底的垂直距离，h1、h2分别表示上下圆弧面的垂直高度，h为坡高，β为圆弧的圆心角大小。

17、优选的，所述步骤s4中，浅层滑坡稳定性不仅受土体抗剪强度影响而且和雨水浸润深度也有直接的关系；滑坡安全稳定系数呈现出随土体强度降低和雨水浸润深度增加逐渐降低的基本规律，雨水入渗深度越深，边坡的稳定状态越不稳定。

18、本发明的技术效果和优点：

19、1、本发明基于雨水入渗特性，通过分析倾斜地表积水和雨水入渗下非饱和土水分运移基本规律，从路基边坡土体应力状态出发，用滑角来表述滑弧曲面的变化，直到找到最危险滑弧面所在的位置，提出顺坡渗流下浅层边坡失稳预测新方法；

20、2、通过green-ampt模型和van-genuchten模型，假定雨水入渗深度hw范围内边坡土体为饱和状态，构建了土质边坡浅层“顺坡曲面”失稳模式下的稳定安全系数fs与入渗深度hw的函数方程，并与“顺坡平面”失稳评判方法进行对比；同时改进毕肖普条分法，使得滑坡圆弧面圆心位置和最危险滑弧面的确定更加简单便捷。

技术特征：

1.一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，其特征在于，所述预测方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，其特征在于，所述步骤s1、s2中，通过green-ampt模型和van-genuchten模型，得到降雨的入渗深度hw与时间t的关系曲线。

3.根据权利要求1所述的一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，其特征在于，所述步骤s3中，使用滑角描述滑坡曲面的变化，坡面与圆弧切线的夹角以1°为一个步长逐次递增，在允许的范围内变化，即可计算出相应的圆心角大小,

4.根据权利要求1所述的一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，基于mohr.coulomb破坏理论，分析边坡浅层失稳的滑动面形状随土体应力状态的变化特征，建立考虑雨水浸润软化深度和浸润范围因素影响的力学模型，推导安全系数表达式，讨论边坡浅层处于临界状态时，雨水浸润范围与入渗深度之间的关系：

5.根据权利要求1所述的一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，浅层滑坡稳定性不仅受土体抗剪强度影响而且和雨水浸润深度也有直接的关系；滑坡安全稳定系数呈现出随土体强度降低和雨水浸润深度增加逐渐降低的基本规律，雨水入渗深度越深，边坡的稳定状态越不稳定。

技术总结
本发明提供一种雨水入渗作用下的典型滑坡预测方法，利用土‑水特征曲线中的Van‑Genuchten模型和Green‑Ampt积水入渗模型，找到入渗深度与雨水历时的关系，用滑角来表述滑弧曲面的变化，同时结合毕肖普边坡稳定分析方法搜寻最危险滑动面位置，是一种将土力学、几何分析充分结合的边坡稳定预测方法，从而实现浅层滑坡在雨水浸润作用下边坡稳定性的有效预测，能够直接确定滑坡即将发生的位置。此方法原理清晰、计算简便，相较于传统的预测方法，省去了复杂的计算过程，通过圆弧面切线与坡角夹角的角度的变换，便可搜寻最危险滑弧面的位置，提高了预测方法的准确性。

技术研发人员：崔宏环,万伟,马江平,李霞,宋颖洁,尹文峰,蒋明学,朱晨,谢直树,王跃庚,李续靖,王雅超,訾亚丹
受保护的技术使用者：河北建筑工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16