基于突变特征的边坡工程失稳判据研究
Research on Instability Criterion of Slope Project based on Mutation Characteristics
- 防灾减灾工程学报 2020年40卷第6期 页码：852-859
- 作者机构：
1.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州450099
2.湖南大学土木工程学院，湖南 长沙 410082
- 作者简介：
李 帅（1989-），男，博士。主要从事边坡工程分析方法及优化设计方面的研究。Email: shuai_li@hnu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(51578232);河南省交通运输科技计划项目(2017Z04)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.002
中图分类号： TU43收稿：2018-10-18，
修回：2018-12-17，
纸质出版：2020-12-15
- 稿件说明：
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李帅,苏永华,杜俊旺.基于突变特征的边坡工程失稳判据研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):852-859.
LI Shuai,SU Yonghua,DU Junwang.Research on Instability Criterion of Slope Project based on Mutation Characteristics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):852-859.
李帅,苏永华,杜俊旺.基于突变特征的边坡工程失稳判据研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):852-859. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.002.
LI Shuai,SU Yonghua,DU Junwang.Research on Instability Criterion of Slope Project based on Mutation Characteristics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):852-859. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.002.
摘要
边坡系统时刻与外界环境进行着物质、能量和信息的交换，导致其失稳演化过程具有典型的非线性、非连续性特征，这是边坡工程稳定性难以准确评估的重要原因之一。结合非线性突变理论，以势函数为响应变量，破裂区长度为控制变量，构建边坡突变失稳分析模型，对边坡力学机制及突变模型特征进行分析，获得边坡发生突变失稳时的破裂区临界长度，量化边坡稳定状态判定依据，为边坡的稳定性评估提供一种新的可选路径。实例分析结果表明，基于所述方法得到的结果与实际情况间误差在工程上是可以接受的，验证了方法的可行性。
Abstract
The exchange of mass， energy as well as information occurs incessantly between the slope system and the external environment， resulting in nonlinearity and discontinuity characteristics of in the evolutionary process of slope failure. These characteristics are important reasons why the stability of slope engineering is difficult to be assessed accurately. Combining with nonlinear mutation theory， the potential function was first set as the response variable and the fracture zone length was set as a control variable， then the analytical mutation failure model of the slope was established. The model features and mechanical mechanism of slopes were further analyzed. The critical length of the crack zone， which results in slope failure， was solved. The instability criterion of the slope was quantized. The research may provide a helpful reference for slope stability evaluation. The results of the case studies show that the error between results acquired by the proposed method and actual data is acceptable. The feasibility of the proposed method is verified.
关键词
Keywords
references
凌复华 . 突变理论及其应用 ［M］. 上海 ： 上海交通大学出版社 ， 1987 ： 24 - 49 .
Ling F H . Mutation theory and its application ［M］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University Press ， 1987 ： 24 - 49 . （in Chinese）
刘 军 ， 秦四清 ， 张倬元 . 缓倾角层状岩体失稳的尖点突变模型研究 ［J］. 岩土工程学报 ， 2001 ， 23 （ 1 ）： 42 - 44 .
Liu J ， Qin S Q ， Zhang Zh Y . Study on catastrophic model with cusp point for failure of stratified rock mass with a gentle inclination ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2001 ， 23 （ 1 ）： 42 - 44 . （in Chinese）
秦四清 ， 张倬元 ， 王士天 ， 等 . 非线性工程地质学导引 ［M］. 成都 ： 西南交通大学出版社 ， 1993 ： 1 - 39 .
Qin S Q ， Zhang Zh Y ， Wang Sh T ， et al . Nonlinear engineering geology guidance ［M］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University Press ， 1993 ： 1 - 39 . （in Chinese）
秦四清 . 斜坡失稳的突变模型与混沌机制 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2000 ， 19 （ 4 ）： 486 - 492 .
Qin S Q . Nonlinear catastrophe model and chaotic mechanism of slope instability ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2000 ， 19 （ 4 ）： 486 - 492 . （in Chinese）
龙 辉 ， 秦四清 ， 万志清 . 降雨触发滑坡的尖点突变模型 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2002 ， 21 （ 4 ）： 502 - 508 .
Long H ， Qin S Q ， Wan Zh Q . Catastrophe analysis of rainfall-induced landslides ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2002 ， 21 （ 4 ）： 502 - 508 . （in Chinese）
郭华伟 ， 朱宝龙 ， 索玉文 . 强降雨作用下岩质边坡失稳的尖点突变分析 ［J］. 西南科技大学学报 ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 43 - 46 .
Guo H W ， Zhu B L ， Suo Y W . Cusp catastrophe analysis of rock slope failure under strong rainfall ［J］. Journal of Southwest University of Science and Technology ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 43 - 46 . （in Chinese）
Sun Q ， Ma P ， Ye X P ， et al . Coattail catastrophe model of sliding instability ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2008 ， 30 （ 7 ）： 1 024 - 1 028 .
Xia K Z ， Liu X M ， Chen C X ， et al . Analysis of mechanism of bedding rock slope instability with catastrophe theory ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2015 ， 36 （ 2 ）： 477 - 486 .
秦四清 ， 张倬元 ， 王士天 ， 等 . 滑坡时间预报的突变理论及灰色突变理论方法 ［J］. 大自然探索 ， 1993 ， 46 （ 4 ）： 62 - 68 .
Qin S Q ， Zhang Zh Y ， Wang Sh T ， et al . Methods of landslide time prediction of catastrophe theory and the gray catastrophe theory ［J］. Exploration of Nature ， 1993 ， 46 （ 4 ）： 62 - 68 . （in Chinese）
徐秀维 . 公路边坡稳定性预报的灰色突变研究 ［J］. 公路工程 ， 2013 ， 38 （ 4 ）： 174 - 177 .
Xu X W . Research on the gray cusp catastrophic destabilization prediction of highway slope ［J］. Highway Engineering ， 2013 ， 38 （ 4 ）： 174 - 177 . （in Chinese）
黄润秋 ， 许 强 . 突变理论在工程地质中的应用 ［J］. 工程地质学报 ， 1993 ， 1 （ 1 ）： 65 - 73 .
Huang R Q ， Xu Q . Catastrophe theory application in engineering geology ［J］. Journal of Engineering Geology ， 1993 ， 1 （ 1 ）： 65 - 73 . （in Chinese）
许 强 ， 黄润秋 ， 李秀珍 . 滑坡时间预测预报研究进展 ［J］. 地球科学进展 ， 2004 ， 19 （ 3 ）： 478 - 483 .
Xu Q ， Huang R Q ， Li X Zh . Progress prediction of landslide time prediction ［J］. Advances in Earth Science ， 2004 ， 19 （ 3 ）： 478 - 483 . （in Chinese）
察美峰 ， 孔广亚 ， 贾立宏 . 岩体工程系统失稳的能量突变判断准则及其应用 ［J］. 北京科技大学学报 ， 1997 ， 19 （ 4 ）： 325 - 328 .
Cai M F ， Kong G Y ， Jia L H . Criterion of energy carastrophe for rock project system failure in underground engineering ［J］. Journal of University of Science and Technology Beijing ， 1997 ， 19 （ 4 ）： 325 - 328 . （in Chinese）
娄一青 ， 顾冲时 ， 李 君 . 基于突变理论的有限元强度折减法边坡失稳判据探讨 ［J］. 西安建筑科技大学学报 ， 2008 ， 40 （ 3 ）： 361 - 367 .
Lou Y Q ， Gu Ch Sh ， Li J . Study on the slope failure criterion in strength reduction finite element method based on catastrophe theory ［J］. Journal of Xian University of Architecture & Technology ， 2008 ， 40 （ 3 ）： 361 - 367 . （in Chinese）
李志平 ， 彭振斌 ， 何忠明 ， 等 . 一种基于塑性功和突变理论的边坡临界状态确定方法 ［J］. 中南大学学报（自然科学版） ， 2016 ， 47 （ 9 ）： 3 193 - 3 200 .
Li Zh P ， Peng Zh B ， He Zh M ， et al . An approach for determination of slope failure criterion based on plastic energy and mutation theory ［J］. Journal of Central South University （Science and Technology） ， 2016 ， 47 （ 9 ）： 3 193 - 3 200 . （in Chinese）
宋盛渊 ， 王 清 ， 潘玉珍 ， 等 . 基于突变理论的滑坡危险性评价 ［J］. 岩土力学 ， 2014 ， 35 （ 2 ）： 422 - 428 .
Song Sh Y ， Wang Q ， Pan Y Zh ， et al . Evaluation of landslide susceptibility degree based on catastrophe theory ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2014 ， 35 （ 2 ）： 422 - 428 . （in Chinese）
黄 帅 ， 张力方 ， 吕悦军 ， 等 . 地下水位变化对砂质边坡地震稳定性的影响研究 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 599 - 636 .
Huang Sh ， Zhang L F ， Lyu Y J ， et al . Study on seismic stability of sandy slope in different underground water levels ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 599 - 636 . （in Chinese）
舒继森 ， 王兴中 ， 周毅勇 . 岩石边坡中滑动面水压分布假设的改进 ［J］. 中国矿业大学学报 ， 2004 ， 33 （ 5 ）： 509 - 512 .
Shu J S ， Wang X Zh ， Zhou Y Y . Improving on assumption for water pressure distributing on failure surface in rock slope ［J］. Journal of China University of Mining & Technology ， 2004 ， 33 （ 5 ）： 509 - 512 . （in Chinese）
张明聚 ， 晋刘杰 ， 周秋华 ， 等 . 城市浅埋暗挖隧道施工诱发地面塌陷的预测模型 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 568 - 573 .
Zhang M J ， Jin L J ， Zhou Q H ， et al . Prediction model for ground collapse induced by shallow buried tunnel in urban district ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 568 - 573 . （in Chinese）
韩 流 ， 舒继森 ， 周 伟 ， 等 . 边坡渐进破坏过程中力学机理及稳定性分析 ［J］. 华中科技大学学报（自然科学版） ， 2014 ， 42 （ 8 ）： 128 - 132 .
Han L ， Shu J S ， Zhou W ， et al . Mechanical mechanism and slope stability analysis in progressive failure process ［J］. Journal of Huazhong University of science and technology （Nature Science Edition） ， 2014 ， 42 （ 8 ）： 128 - 132 . （in Chinese）
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