结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法与流程

本发明涉及边坡防护领域，特别涉及一种结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法。

背景技术：

短期集中降雨入渗是诱发边坡失稳最主要的原因之一。由于造价的等因素，大量土质路堑边坡在公路施工期及运营期均裸露在外或者以简单的植草进行防护。在较长时间日照、降雨、温度等自然因素的影响下，其表层土体风化程度逐步加大，细粒结构因渗流因素大量流失，土体性状相较浅层土体有的差异越来越大。因而在短期集中降雨作用下易发生以浅层滑坡为主的坡体失稳，滑动类型一般为小型的平面或非圆弧滑动和崩塌，风化表层土与浅层土体结合部附近易成为滑动面。

在边坡稳定性分析评价中，稳定系数(安全系数)一直是作为判别边坡是否稳定的重要指标，然而对于具体的稳定系数都是通过对应滑动面求得的，这样确定边坡浅层滑动面位置正确与否就决定着边坡稳定性分析的正确性与可靠性，所以对于这种表层土与其临近浅层土体性状相差较大的结构边坡的安全稳定性评价中一个至关重要的内容是判断边坡表层潜在滑动面的位置。传统边坡的浅层滑动面是根据边坡土体天然含水率时土体的各物理力学参数确定，并未考虑含水率变化时边坡的浅层滑动面会发生变化。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的技术效果能克服上述的缺陷，提供一种结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法，在判断降雨作用下发生以浅层滑坡为主的坡体失稳时，考虑滑动面包络图的影响，提高判定边坡稳定性的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了一种结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)边坡的地形地貌、地质结构和几何要素的测绘；

按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)与《公路工程地质勘查规范》(JTG C20-2011)，查明高边坡地段的地形地貌，地质构造，地层岩性，厚度及风化程度；查明高边坡地段软弱结构面的层位、层厚、岩性、含水情况，获取结构面的抗剪、抗滑指标；查明岩、土体的物理力学性能并判定土、石工程等级；查明高边坡地段地下水文地质条件。

(2)边坡土体的典型表层土与浅层土的土工试验，确定表层风化土的厚度与各层土的物理力学参数及其随含水率变化的规律；

原状土取样按照《原状土取样计算标准》(JGJ 89-92)，试样制作过程严格按照《土工试验规程》(SL237-1999)，对该边坡土体的典型表层土与浅层土的土样进行一系列土工试验，从而确定表层风化土的厚度，得到边坡表层土样和浅层各类土样的含水率、密度、相对密度、孔隙比和渗透系数等相关物理力学参数，以及原状土的土水特征曲线、原状土的粘聚力c与摩擦角及其随含水率变化的关系曲线。

(3)边坡的数值计算，确定边坡土体含水率最大与最小时滑动面的位置，得到边坡浅层的滑动面包络图；

(4)根据边坡滑动面的包络图，判断边坡的稳定性。

降雨的入渗会造成岩土体基质吸力的降低或孔隙水压力的变化及地下水位的上升，此外还可以增加岩土体的容重、降低岩土体的抗剪强度，同时伴随着冲刷和侵蚀作用。这些因素都会导致边坡的滑动面的位置在边坡浅层滑动面包络图的范围内发生移动。考虑边坡滑动面位置会在包络图中变动的影响，计算出边坡滑动面的位置，进而判定边坡的稳定性。

优选地，上述技术方案中，所述步骤(3)具体包括以下步骤：

a.根据测试土样的物理力学参数对类似土体进行分层，并取各层土试验得到的物理力学参数的平均值为该层土体的数值计算参数；

b.利用有限元软件，建立相应的边坡的数值模型，输入相应的物理力学参数，地下水位与边坡模型的边界条件，确定边坡土体含水率最大与最小时滑动面的位置，得到边坡的滑动面的包络图。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法，考虑降雨作用下发生以浅层滑坡为主的坡体失稳时，滑动类型一般为小型的平面或非圆弧滑动和崩塌，风化表层土与浅层土体结合部附近易成为滑动面。考虑边坡滑动面的位置会在由边坡土体含水率最大与最小时滑动面的位置组成的滑动面包络图中发生变动的影响，来判断边坡的稳定性，克服了传统方法的局限性，能减小判定误差，体现了该发明方法的实用性和准确性，为进行有效的滑坡风险性分析和预测预报提供科学依据。

附图说明

图1是根据本发明实施例的边坡浅层滑动面的包络图。

主要附图标记说明：

1-土壤含水率饱和时(极限状态1)滑动面的位置；

2-土壤含水率最小时(极限状态2)滑动面的位置；

3-边坡其他含水率下滑动面的位置；

4-极限状态1与2时两种滑动面组成的滑动面的包络图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

结合边坡浅层滑动面的包络图判断边坡稳定性的方法，包括以下步骤：

第一步：边坡的地形地貌，地质构造，几何要素等等的测绘

该高边路是某高速路的路堑边坡，宽度约161m，最高处自然坡高约196m，坡角25°～30°，中线开挖最大深度约16m。场地位于构造剥蚀—侵蚀低山丘陵地貌区，丘顶标高368.40～456.50m，边坡东侧、南侧为河流，河谷标高260.00～262.00m。山坡植被发育，自然斜坡稳定性较好。据地表调查和钻探揭示，高边坡地层主要由三叠系中统兰木组(T₂l)组成。据地质调查、钻探及区域地质资料显示，路堑高边坡区未见区域性断裂构造和构造破碎带存在。局部出露基岩，岩层产状为255°∠58°。该边坡所处位置地势较高，水文地质条件较简单，地下水主要为基岩裂隙水类型，水量较小，埋深大，地下水对边坡稳定影响较小。

第二步：边坡土体的典型表层土与浅层土的土工试验，确定表层风化土的厚度与各层土的物理力学参数及其随含水率变化的规律

原状土取样按照《原状土取样计算标准》(JGJ 89-92)，试样制作过程严格按照《土工试验规程》(SL237-1999)，对该边坡土体的典型表层土与浅层土的土样进行一系列土工试验，从而确定表层风化土的厚度，得到边坡表层土样和浅层各类土样的含水率、密度、相对密度、孔隙比和渗透系数等相关物理力学参数，以及原状土的土水特征曲线、原状土的粘聚力c与摩擦角及其随含水率变化的关系曲线

第三步：边坡的数值计算，确定边坡表层土体含水率最大与最小时表层滑动面的位置，得到边坡浅层的滑动面包络图

结合第一步与第二步，根据土样的物理力学参数对类似土体进行分层，并取各层土试验得到的物理参数的平均值为该层土体的数值计算参数。该边坡开挖后的土层主要是全风化泥质粉砂岩和强风化粉砂岩，自然含水率极小的状态下粘聚力c分别为30kPa和150kPa与摩擦角分别为26°和35°；土体饱和状态下粘聚力c分别为20kPa和145kPa与摩擦角分别为23°和32°。利用有限元软件，建立相应的边坡的数值模型，输入相应的物理力学参数，地下水位与边坡模型的边界条件，确定边坡表层土体含水率最大与最小时表层滑动面的位置2和1，得到边坡浅层的滑动面包络图1。

第四步：考虑边坡滑动面包络图的影响，判定边坡的稳定性

降雨的入渗会造成岩土体基质吸力的降低或孔隙水压力的变化及地下水位的上升，此外还可以增加岩土体的容重、降低岩土体的抗剪强度，同时伴随着冲刷和侵蚀作用。这些因素都会导致边坡的滑动面的位置3在边坡浅层滑动面包络图1的范围内发生移动。考虑边坡滑动面位置会在包络图1中变动的影响，计算出边坡滑动面的位置3，进而判定边坡的稳定性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。