局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法技术

本发明专利技术涉及局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法，属于堆积层边坡的稳定性评价与滑坡防治技术领域。本发明专利技术主要解决现有技术无法对堆积层滑坡局部失稳滑移的稳定性分析评价与抗滑桩桩位的确定问题。本发明专利技术主要根据滑坡坡体极限平衡条件，首先确定坡体局部失稳滑移位置与其相应临界剩余下滑推力值，并依次确定滑坡局部破坏稳定性系数与补偿剩余下滑推力值；以滑坡补偿剩余下滑推力值与局部失稳滑移位置为基本评价设计参数，确定治理滑坡的最优抗滑桩桩位，以达到对滑坡进行科学、有效治理目标，可广泛运用于滑坡防治领域。

【技术实现步骤摘要】
局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法
本专利技术涉及局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法，属于堆积层边坡的稳定性评价与滑坡防治

技术介绍
随着经济的快速发展以及社会生活的需求日益增长，越来越多的水利工程、市政工程、道路、桥梁等大型设施需要兴建,大量的边坡工程由此产生，其中就包含了大量的堆积层边坡工程。堆积层滑坡是滑坡地质灾害的一种重要类型，其坡体是由第四系松散或相对松散堆积岩土体组成，因此坡体结构松散，具有较大的孔隙，透水性较强，易发生较大变形，且其分布广、突发性强、影响因素众多，所以具有极强的灾害性。该类滑坡坡体构成与结构特殊性决定了抗滑桩在该类边坡失稳滑移防治中发挥了不可取代的作用，并已成为该类滑坡滑移防治中广泛采用的治理措施。因此，如何科学、准确地对该类滑坡破坏类型、滑移位置与抗滑桩桩位等做出超前分析与定位，是现代滑坡灾害防治领域中亟待解决的课题之一。目前，堆积层边坡稳定性评价与抗滑桩治理工程所主要采用的评价与设计方法为传统的剩余下滑力分析法、Janbu法等极限平衡法。其基本评价方法是将待评价的边坡作为一个完整滑坡体，首先通过综合勘探与物探等确定堆积层边坡潜在的整体危险滑移面，然后运用上述各自理论方法对所确定的潜在的最危险滑移面进行求解其整体稳定性系数Fs，再对堆积层边坡整体稳定性系数Fs进行对比分析，根据其稳定性系数Fs是否大于安全系数K或大于安全系数K的程度，对堆积层边坡的整体稳定性进行分析评价，并将整体稳定性评价结果作为滑坡抗滑桩治理工程设计依据。从上述基本的评价步骤可以看出，传统评价设计方法是将堆积层边坡整体稳定性分析与评价作为抗滑桩治理设计依据。然而对于堆积层滑坡，由于该类滑坡岩土体组成与滑移面及滑移边界条件的复杂性与多变性，特别随着堆积层边坡深度的增大，堆积层边坡的失稳规模、滑移形式、滑面形成特征各不相同，同时失稳形式往往不再是统一的整体下滑，而是通常在堆积层边坡最薄弱的部位、滑移面阻力最小的位置、下滑力最集中的压缩变形锁固区位置坡体产生局部滑移，当下滑受阻后坡体将处于挤压应力状态，使坡体产生较大的塑性变形，当挤压力达到坡体本身的抗压强度时，就会形成局部破坏与滑坡，而传统边坡极限平衡法将无法对产生局部破坏与滑移的堆积层边坡稳定性和抗滑桩桩位进行科学有效的评价与定位，所以大型复杂堆积层滑坡局部失稳滑移的稳定性的分析评价与抗滑桩桩位的确定已成为该类滑坡防治领域亟待解决的问题。抗滑桩是指把桩埋入稳定滑床中,依靠桩与桩周岩(土)体的相互作用把滑坡推力传递到稳定地层,利用稳定地层的锚固作用和被动抗力,使滑坡处于稳定状态。然而，在抗滑桩工程设计中，抗滑桩桩位是抗滑桩所有设计参数中最基本和最关键参数之一。一般情况下，抗滑桩位于斜坡中部时斜坡的安全系数最高，靠近两端时斜坡的安全系数变化规律相同。桩位的变化也会引起斜坡滑动面的形态变化，当抗滑桩位于斜坡中下部时，滑动面为在桩顶或斜坡上部某位置越顶滑出；当抗滑桩位于斜坡上部时，滑动面沿桩前土体滑出。因此，抗滑桩桩位合理选定至关重要，直接影响到滑坡防治效果。为此，鉴于上述传统评价设计方法的局限与不足，本专利技术旨在寻求一种突破现有传统的新方法，即根据堆积层边坡坡体厚度、物理力学性质参数及滑移边界条件等，综合研究和确定滑坡坡体局部滑移破坏的最低抗滑力，并依据局部滑移破坏的最低抗滑力参数与滑坡不同位置的剩余下滑力值，有效确定堆积层滑坡最危险局部失稳滑移位置与抗滑桩桩位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有传统评价设计方法存在的上述缺陷，研究和确定了一种边坡坡体局部滑移面破坏位置与抗滑桩桩位优化设计的新方法，达到对滑坡进行科学、有效治理目标。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：包括如下步骤：第一步：滑坡下伏基岩面倾角、坡体垂直埋深与坡体及下伏基岩面物理力学性质参数的确定：根据滑坡的地质与地形地貌资料，采用地质调查、勘探与物探等手段综合确定堆积层边坡下伏基岩整体滑移面倾角α、坡体垂直埋深H；运用原位测试或室内土工试验综合测定坡体及下伏基岩面的物理力学性质参数第二步：滑坡坡体的条分方法与剩余下滑力及条块下滑力的确定：1)滑坡坡体的条分方法的确定：根据边坡下伏基岩整体滑移面倾角α的变化，在下伏基岩滑移面倾角α发生较大变化部位作向下的垂直线，将坡体进行条分成n个垂直条块；由于各个条块自身范围内的滑移面倾角α均无明显变化，所以可假定滑坡的每一个计算条块的滑动面为直线，即整个滑动面在剖面上为折线；2)坡体条块剩余下滑力与条块下滑力的确定：根据坡体垂直埋深H与坡体及下伏基岩面物理力学性质参数假设垂直条块的剩余下滑力方向与该坡体条块下伏基岩滑移面平行，可依据原理及式(1)、(2)，确定第i个坡体条块剩余下滑力与条块下滑力：Pi＝Pi-1ψi-1+FsTi-Ri(1)pdi＝Ti-Ri(2)其中：稳定性系数：抗滑力：Ni＝Wicosαi滑动力：Ti＝Wisinαi不平衡推力系数：式中：pi—第i个坡体条块剩余下滑力；pdi—第i个坡体条块下滑力；αi—第i个坡体条块基岩面倾角；—第i个坡体条块的内摩擦角；ci—第i个坡体条块的粘聚力；Wi—第i个坡体条块的自重；Ni—第i个坡体条块的作用于滑动面上的法向力；li—第i个坡体条块与基岩面的接触长度；FS—整体稳定性系数。第三步：滑坡主动滑移区、局部压缩变形锁固区及超稳定区的确定：由力学条件我们可知，当滑移体所受到的合力小于等于零的情况下，边坡将不会发生滑动，所以根据边坡坡体条分块体下滑力大小，将其大于零的边坡坡体定义为边坡主动滑移区；将剩余下滑力大于零，但块体下滑力小于零的边坡坡体定义为边坡压缩变形锁固区；将其剩余下滑力小于零的边坡坡体定义为边坡局部超稳定区；以此可确定堆积层边坡主动滑移区、压缩变形锁固区与超稳定区。第四步：滑坡最危险局部破坏区域与临界剩余下滑推力判据的确定：根据滑坡剩余下滑推力作用与传播规律，滑坡主动滑移区的剩余下滑推力必然会作用在压缩变形锁固区并由此产生较大的坡体变形，当剩余下滑推力大于坡体本身极限抗剪强度时，在压缩变形锁固区将会发生剪切破坏；所以，可将滑坡压缩变形锁固区确定为滑坡最危险局部破坏部位；因此，在滑坡压缩变形锁固区，对该区不同条块坡体确定其相应临界剩余下滑推力值，即边坡发生局部破坏的临界力学判据；由原理可知，滑坡压缩变形锁固区局部破坏处滑移面的极限剩余下滑推力Poi可由式(3)、(4)确定：1)坡面倾角无变化：2)坡面倾角变化为β值：式中：Poi—滑移位置在第i个坡体条块内的临界剩余下滑推力；γi—边坡坡体的天然容重；αi—第i个坡体条块基岩面倾角；—第i个坡体条块的内摩擦角；Hi—第i个坡体条块滑移坡体的高度；β—坡面转折处的附加倾角。第五步：滑坡局部破坏位置稳定系数与滑出破坏部位的确定：根据滑坡最危险局部破坏部位的临界剩余下滑推力判据与最危险局部破坏部位上部的剩余下滑推力值，将临界剩余下滑推力判据值与局部破坏部位上部的剩余下滑推力值之比定义为滑坡局部破坏稳定系数Fjsi，其计算公式为式(5)；式中：Fjsi为滑坡局部破坏位置稳定系数；Poi为滑移位置在第i个坡体条块内的临界剩余下滑推力；Pn为局部破坏部位上部的剩余下滑推力值；如果滑坡局部破坏稳定系数Fjsi小于滑坡的稳定性安全系数K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：滑坡下伏基岩面倾角、坡体垂直埋深与坡体及下伏基岩面物理力学性质参数的确定；第二步：滑坡坡体的条分方法与剩余下滑力及条块下滑力的确定：1)滑坡坡体的条分方法的确定；2)坡体条块剩余下滑力与条块下滑力的确定；第三步：滑坡主动滑移区、局部压缩变形锁固区及超稳定区的确定；第四步：滑坡最危险局部破坏区域与临界剩余下滑推力判据的确定；第五步：滑坡局部破坏位置稳定系数与滑出破坏部位的确定；第六步：滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力与最优抗滑桩桩位的确定：1)滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定；2)滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定。

【技术特征摘要】
1.一种局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：滑坡下伏基岩面倾角、坡体垂直埋深与坡体及下伏基岩面物理力学性质参数的确定；第二步：滑坡坡体的条分方法与剩余下滑力及条块下滑力的确定：1)滑坡坡体的条分方法的确定；2)坡体条块剩余下滑力与条块下滑力的确定；第三步：滑坡主动滑移区、局部压缩变形锁固区及超稳定区的确定：由力学条件，当滑移体所受到的合力小于等于零的情况下，滑移将不会发生滑动，所以根据边坡坡体条分块体下滑力大小，将其大于零的边坡坡体定义为边坡主动滑移区；将剩余下滑力大于零，但块体下滑力小于零的边坡坡体定义为边坡压缩变形锁固区；将其剩余下滑力小于零的边坡坡体定义为边坡局部超稳定区，以此确定堆积层边坡主动滑移区、压缩变形锁固区与超稳定区；第四步：滑坡最危险局部破坏区域与临界剩余下滑推力判据的确定:根据滑坡剩余下滑推力作用与传播规律，滑坡主动滑移区的剩余下滑推力必然会作用在压缩变形锁固区并由此产生较大的坡体变形，当剩余下滑推力大于坡体本身极限抗剪强度时，在压缩变形锁固区将会发生剪切破坏；所以，将滑坡压缩变形锁固区确定为滑坡最危险局部破坏部位；因此，在滑坡压缩变形锁固区，对该区不同条块坡体确定其相应临界剩余下滑推力值，即边坡发生局部破坏的临界力学判据；由上述原理知，滑坡压缩变形锁固区局部破坏处滑移面的极限剩余下滑推力Poi由式(3)、(4)确定：1)坡面倾角无变化：2)坡面倾角变化为β值：式中：Poi—滑移位置在第i个坡体条块内的临界剩余下滑推力；γi—边坡坡体的天然容重；αi—第i个坡体条块基岩面倾角；—第i个坡体条块的内摩擦角；Hi—第i个坡体条块滑移坡体的高度；β—坡面转折处的附加倾角；第五步：滑坡局部破坏位置稳定系数与滑出破坏部位的确定：根据滑坡最危险局部破坏部位的临界剩余下滑推力判据与最危险局部破坏部位上部的剩余下滑推力值，将临界剩余下滑推力判据值与局部破坏部位上部的剩余下滑推力值之比定义为滑坡局部破坏位置稳定系数Fjsi，其计算公式为式(5)；式中：Fjsi—滑坡局部破坏位置稳定系数；Poi—滑移位置在第i个坡体条块内的临界剩余下滑推力；Pn—局部破坏部位上部的剩余下滑推力值；如果滑坡局部破坏稳定系数Fjsi小于滑坡的稳定性安全系数K，则判定该部位为滑坡局部剪切破坏部位；反之，则该部位不会发生剪切破坏；第六步：滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力与最优抗滑桩桩位的确定：1)滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定:堆积层滑坡局部滑出破坏部位既是边坡最不稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，贾玉跃，郭璐，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37