基于后缘裂缝优势入渗监测的黄土滑坡稳定系数计算方法

本发明涉及地质灾害监测与边坡稳定性分析，尤其涉及一种基于后缘裂缝优势入渗监测的黄土滑坡稳定系数计算方法。

背景技术：

1、黄土滑坡是黄土地区常见的地质灾害之一。降雨是诱发黄土滑坡的重要因素，特别是在强降雨条件下，雨水入渗会改变滑体的含水状态、重力和抗剪强度，进而影响黄土滑坡的稳定性。

2、黄土滑坡的后缘通常形成拉张裂缝。强降雨时，部分雨水形成地表径流并汇入后缘拉张裂缝，裂缝中的积水形成水柱。一方面，水柱可产生有压渗透，使雨水沿后缘拉张裂缝向坡体内部优势入渗，并在坡体内形成随时间变化的浸润范围；另一方面，水柱还会对滑体后部产生水平方向的作用力。因此，后缘裂缝积水及其引起的优势入渗会共同影响黄土滑坡的稳定系数。

3、现有技术中，对降雨入渗状态的获取通常采用点式土体含水率传感器进行现场监测，或者采用数值模拟方法进行计算。采用点式土体含水率传感器时，传感器的监测深度和监测间距通常受传感器数量及现场布设条件限制，难以同时兼顾较大的监测深度和较高的监测密度，因而不易反映优势入渗在不同时间、不同深度处的变化情况。采用数值模拟方法时，计算结果依赖于输入的土体参数和边界条件，且难以充分反映黄土中节理裂隙、虫洞等非均质结构对优势入渗的影响。

4、此外，现有黄土滑坡稳定性计算通常基于预设的地下水位、土体重度和强度参数进行。对于后缘裂缝优势入渗形成的局部、随时间变化的饱和区域，如何基于现场监测状态确定各条块的受水影响程度，并将裂缝积水产生的水平作用与各条块的重力及滑面参数共同纳入稳定系数计算，仍有待进一步改进。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于后缘裂缝优势入渗监测的黄土滑坡稳定系数计算方法，以解决现有黄土滑坡稳定性计算将降雨入渗简化为均匀入渗，难以反映后缘拉张裂缝积水引起的局部、随时间变化的优势入渗及其对稳定性的影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于后缘裂缝优势入渗监测的黄土滑坡稳定系数计算方法，包括如下步骤：

3、在黄土滑坡后缘拉张裂缝附近设置监测孔，并将分布式光纤温度传感装置的感测光纤安装于所述监测孔中；

4、在所述黄土滑坡的坡体中设置对比点，并在所述对比点同时设置所述感测光纤和点式土体含水率传感器，获取温度变化与土体含水率变化的对应关系；

5、获取降雨过程中所述感测光纤在不同时间、不同深度处的温度数据，并根据所述对应关系确定计算剖面的饱和区域；

6、将所述计算剖面划分为若干个条块，并将靠近所述后缘拉张裂缝的条块确定为第1条块；根据所述饱和区域确定所述各条块内的饱和区域面积，并根据所述各条块的饱和区域面积、总面积、饱和重度和天然重度确定所述各条块的重力；在所述各条块的滑面处于所述饱和区域时，采用对应的饱和黏聚力和饱和内摩擦角；

7、测量所述后缘拉张裂缝中的积水高度，并根据所述积水高度确定水柱产生的静水压力；

8、将所述静水压力作为所述第1条块的水平荷载，并基于所述各条块的重力、滑面参数、滑面几何参数、所述水平荷载以及相邻条块间的传递系数，计算黄土滑坡稳定系数。

9、进一步地，上述方法中所述感测光纤粘贴于光纤安装件上，所述光纤安装件安装于所述监测孔中。

10、进一步地，上述方法中所述光纤安装件上粘贴有至少两道分布式光纤，且通过调整所述光纤安装件的长度，使所述至少两道分布式光纤的采样点沿所述光纤安装件的长度方向错位，并使测量间距满足预设测量间距要求。

11、进一步地，上述方法中所述光纤安装件为pvc管，所述pvc管内灌注的石膏在所述pvc管的两端形成半圆形转向表面；所述半圆形转向表面开设有用于容纳所述感测光纤的弧形槽，所述感测光纤的端部转向段设置于所述弧形槽内。

12、进一步地，上述方法中在将所述光纤安装件安装于所述监测孔中后，向所述光纤安装件与所述监测孔侧壁之间的空隙中分次灌入泥浆；在每次灌入泥浆后，待泥浆中的水渗入土体后再进行下一次灌入，直至所述空隙由土体充填。

13、进一步地，上述方法中所述对比点设置于所述黄土滑坡的坡体浅层。

14、进一步地，上述方法中当所述各条块的滑面处于所述饱和区域外时，采用天然状态下的黏聚力和内摩擦角作为对应条块的滑面参数。

15、进一步地，上述方法中所述积水高度由设置于所述后缘拉张裂缝底部的地下水位计测得。

16、进一步地，上述方法中所述各条块的重力按照下式确定： ，

17、其中，为条块序号，为第条块的重力，为第条块中的饱和区域面积，为第条块的总面积，为饱和重度，为天然重度；

18、所述静水压力按照下式确定：

19、，

20、其中，为所述静水压力，为水的重度，为所述积水高度；

21、所述黄土滑坡稳定系数按照下式确定：

22、 ，

23、其中，为黄土滑坡稳定系数，为所述条块的数量，为第条块滑面与水平方向的夹角，为第条块滑面的内摩擦角，为第条块滑面的黏聚力，为第条块滑面的长度，为第条块与第条块之间的传递系数，，为第条块的抗滑力，为第条块的下滑力；

24、，

25、，

26、其中，为第条块中的饱和区域面积，为第条块的总面积，为第条块滑面与水平方向的夹角，为第条块滑面的内摩擦角，为第条块滑面的黏聚力，为第条块滑面的长度。

27、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

28、（1）通过在对比点同步获取温度变化和含水率变化的对应关系，并利用分布式光纤温度数据确定计算剖面的饱和区域，使优势入渗的现场监测结果能够进入条块稳定性计算，避免仅按照预设或均匀入渗状态确定坡体受水影响范围。

29、（2）通过按照各条块内的饱和区域面积分别采用饱和重度和天然重度，并根据滑面是否处于饱和区域选取相应的滑面参数，能够表征同一条块内局部饱和、局部保持天然状态的情形。

30、（3）通过测得后缘拉张裂缝中的积水高度并计算静水压力，将裂缝水柱对第1条块产生的水平作用与优势入渗引起的条块重力和滑面参数变化共同纳入稳定性计算，提高稳定性计算结果与降雨过程中实际受水状态的符合程度。

31、（4）通过多道感测光纤的错位布设提高沿监测孔深度方向的等效测量密度；通过在石膏两端的半圆形转向表面开设弧形槽，使感测光纤的端部转向段容纳于弧形槽内，避免端部转向段裸露并降低其受损风险；并通过光纤安装件及分次泥浆回填，提高感测光纤与周边土体的耦合效果，并适应裂缝附近的优势入渗监测需求。

1.一种基于后缘裂缝优势入渗监测的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述感测光纤粘贴于光纤安装件上，所述光纤安装件安装于所述监测孔中。

3.根据权利要求2所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述光纤安装件上粘贴有至少两道分布式光纤，且通过调整所述光纤安装件的长度，使所述至少两道分布式光纤的采样点沿所述光纤安装件的长度方向错位，并使测量间距满足预设测量间距要求。

4.根据权利要求2所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述光纤安装件为pvc管，所述pvc管内灌注的石膏在所述pvc管的两端形成半圆形转向表面；所述半圆形转向表面开设有用于容纳所述感测光纤的弧形槽，所述感测光纤的端部转向段设置于所述弧形槽内。

5.根据权利要求2所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，在将所述光纤安装件安装于所述监测孔中后，向所述光纤安装件与所述监测孔侧壁之间的空隙中分次灌入泥浆；在每次灌入泥浆后，待泥浆中的水渗入土体后再进行下一次灌入，直至所述空隙由土体充填。

6.根据权利要求1所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述对比点设置于所述黄土滑坡的坡体浅层。

7.根据权利要求1所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，当所述各条块的滑面处于所述饱和区域外时，采用天然状态下的黏聚力和内摩擦角作为对应条块的滑面参数。

8.根据权利要求1所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述积水高度由设置于所述后缘拉张裂缝底部的地下水位计测得。

9.根据权利要求1所述的黄土滑坡稳定系数计算方法，其特征在于，所述各条块的重力按照下式确定：