一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，属于山地灾害防治技术领域，包括：建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；建立荷载条件下边坡稳定性分析模型；建立耦合条件下边坡稳定性分析模型；对耦合条件下边坡稳定性分析模型进行改进，增加锚固参数，建立加固措施下边坡稳定性分析模型；根据加固措施下边坡稳定性分析模型建立返拱式挡墙结构；对返拱式挡墙结构进行分析，判断加固措施下边坡稳定性分析模型的合理性。该方法理论可靠，考虑外在影响条件全面，在建立模型后只需对参数进行改变就可以对边坡加固结构进行设计，操作简单，适用于工程设计。

A method for evaluating the stability of inverted arch retaining wall applied to loess slope reinforcement

【技术实现步骤摘要】
一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法
本专利技术属于山地灾害防治
，具体涉及一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法。
技术介绍
黄土是一种典型的区域性特殊土，覆盖我国领土面积达6.31×105km2。黄土广泛分布在西北、华北与东北地区，尤其集中分布在被称为中央黄土高原的甘肃、陕西、山西、宁夏以及新疆等省区。我国很多黄土地区地形复杂，地质条件较差，存在着许多建筑边坡和道路边坡。在降雨和地震作用下边坡容易发生失稳。根据国内地质灾害统计情况，边坡失稳极易造成大量的人员伤亡和经济损失。目前在工程上对边坡失稳分析的方法主要有计算机模拟、利用极限平衡理论对参与下滑力的计算、经验法。但是，在工程上常用的计算机模拟软件计算结果精度较差，虽然有计算结果较为准确的软件可以使用但是其参数较多，建模复杂不适用于工程使用。此外，通常使用的经验法及参与下滑力计算方法比较保守，在边坡治理中造成了大量的工程浪费。针对现有评价及治理复杂问题，本专利技术基于降雨情况下入渗情况不同和极限平衡理论提出了一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，旨在对边坡稳定性治理及工程安全评价提供一种新思路及实践指导。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，包括以下步骤：步骤1：对降雨条件下的边坡稳定性进行分析，建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；步骤2：对坡顶荷载条件下的边坡稳定性进行分析，建立荷载条件下边坡稳定性分析模型；步骤3：对降雨和坡顶荷载耦合条件下的边坡稳定性进行分析，建立耦合条件下边坡稳定性分析模型；步骤4：对所述降雨条件下边坡稳定性分析模型、荷载条件下边坡稳定性分析模型和耦合条件下边坡稳定性分析模型进行分析，根据分析结果对所述耦合条件下边坡稳定性分析模型进行改进，增加锚固参数，建立加固措施下边坡稳定性分析模型；步骤5：根据所述加固措施下边坡稳定性分析模型建立返拱式挡墙结构；步骤6：对所述返拱式挡墙结构进行分析，判断所述加固措施下边坡稳定性分析模型的合理性。优选地，所述步骤1至3建立边坡稳定性分析模型的方法包括以下步骤：(1)建立降雨条件下边坡稳定性分析模型根据Fellenius理论得到一般情况下的边坡稳定性系数K；式中，Ni为土条在滑动面法向压力；Ti为土条在滑动面切向力；θi为土条的坡度；li为土条所对应的滑动面长度；bi为土条宽度；为内摩擦角；hi为土条高度；γ为重度；Gi为土条所对应的重力；以下根据Green-Ampt入渗模型对降雨条件下边坡稳定性分析模型构建步骤进行说明：①确定降雨入渗率I和降雨入渗深度hiˊ；式中，Zf为基质吸力；Qs为土体饱和含水率，Qi为土体自然含水率；H为坡体高度；α为坡度；q为降雨强度；t为降雨时长；tp为降雨积水开始出现时间；ks为土体饱和渗透系数；综合上述公式，则A.当降雨强度小于土体饱和渗透系数时，则B.当降雨强度大于土体饱和渗透系数，根据公式(11)，则②建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；综合以上求取的降雨入渗深度hiˊ和降雨入渗率I并结合Fellenius理论，可以得到降雨条件下边坡稳定性分析模型，如下式所示：式中，c为粘聚力；L为总锚固长度；将滑动面看作直线，湿润锋平行于坡面，降雨入渗深度距离滑动面深度为S1，入渗深度距离坡面部分距离为S2，湿润锋前的土体含水率为土体天然含水率Qi，湿润锋后的土体含水率为土体饱和含水率，通过仪器测量Qs，则综上所述，则：(2)建立荷载条件下边坡稳定性分析模型在均布于边坡坡顶上竖向条形荷载，滑动面为一条直线，O为滑动面上的某一点；O点处产生的大小主应力σ1、σ3；O点处所受的剪应力τ和抗剪强度τf；设O点为滑动面上一正方形土体单元，根据摩尔-库伦理论，综上所述：O点处所受的剪应力τ和抗剪强度τf的简化；当O点位于坡顶时，β1＝0，丄式简化为：(3)建立降雨和坡顶荷载耦合条件下边坡稳定性系数计算模型；优选地，所述步骤4根据式(25)对锚固后的参数进行修正，针对下滑力主要为坡顶荷载、降雨入渗增加荷载和土体自身荷载；对于抗滑力而言主要增加锚固后增加的摩擦力、预加应力，如公式(26)所示，将加固措施尺寸及预应力大小代入加固后边坡稳定性评价模型，得到加固后边坡稳定性评价系数：式中，c为粘聚力；l为整体滑动面长度；d为锚固直径；qsik为摩阻力标准值；F为设计推力；H为支护高度；θj为滑动面与锚杆夹角；(1)其中G1、G2如下：①降雨强度大小土体饱和渗透系数式中，h为滑面垂直高度；D为坡顶滑面到坡肩距离；ts为降雨土体表面积水时间；②降雨强度大小土体饱和渗透系数(2)其中G荷抗、G荷下与G直如下：G直＝P×m。(33)本专利技术提供的适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法具有以下有益效果：(1)根据Green-Ampt(GA)入渗模型、极限平衡理论和滑坡稳定性分析理论，对降雨条件下(降雨强度分为大于土体饱和渗透系数与小于土体饱和渗透系数两种)、坡顶荷载作用下的黄土边坡稳定性进行了分析，并结合边坡防护基本理论构建了降雨条件和坡顶荷载条件下的边坡稳定性防护模型；(2)本专利技术理论方法可靠，考虑外在影响条件全面，在建立模型后只需对参数进行改变就可以对边坡加固结构进行设计，操作简单，适用于工程设计；(3)本专利技术可直接为边坡加固提供理论和技术支撑。附图说明图1为专利技术实施例1的适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法的流程图；图2为本专利技术实施例1的反拱式挡墙平面结构示意图；图3为本专利技术实施例1的反拱式挡墙正面结构示意图；图4为结构防护示意图；图5为配筋示意图(一)；图6为配筋示意图(二)；图7为边坡尺寸示意图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术提供了一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，具体如图1所示，包括以下步骤：...

【技术保护点】
1.一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：对降雨条件下的边坡稳定性进行分析，建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；/n步骤2：对坡顶荷载条件下的边坡稳定性进行分析，建立荷载条件下边坡稳定性分析模型；/n步骤3：对降雨和坡顶荷载耦合条件下的边坡稳定性进行分析，建立耦合条件下边坡稳定性分析模型；/n步骤4：对所述降雨条件下边坡稳定性分析模型、荷载条件下边坡稳定性分析模型和耦合条件下边坡稳定性分析模型进行分析，根据分析结果对所述耦合条件下边坡稳定性分析模型进行改进，增加锚固参数，建立加固措施下边坡稳定性分析模型；/n步骤5：根据所述加固措施下边坡稳定性分析模型建立返拱式挡墙结构；/n步骤6：对所述返拱式挡墙结构进行分析，判断所述加固措施下边坡稳定性分析模型的合理性。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对降雨条件下的边坡稳定性进行分析，建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；
步骤2：对坡顶荷载条件下的边坡稳定性进行分析，建立荷载条件下边坡稳定性分析模型；
步骤3：对降雨和坡顶荷载耦合条件下的边坡稳定性进行分析，建立耦合条件下边坡稳定性分析模型；
步骤4：对所述降雨条件下边坡稳定性分析模型、荷载条件下边坡稳定性分析模型和耦合条件下边坡稳定性分析模型进行分析，根据分析结果对所述耦合条件下边坡稳定性分析模型进行改进，增加锚固参数，建立加固措施下边坡稳定性分析模型；
步骤5：根据所述加固措施下边坡稳定性分析模型建立返拱式挡墙结构；
步骤6：对所述返拱式挡墙结构进行分析，判断所述加固措施下边坡稳定性分析模型的合理性。


2.根据权利要求1所述的适用于黄土边坡加固的反拱式挡墙稳定性评价方法，其特征在于，所述步骤1至3建立边坡稳定性分析模型的方法包括以下步骤：
(1)建立降雨条件下边坡稳定性分析模型
根据Fellenius理论得到一般情况下的边坡稳定性系数K；



式中，Ni为土条在滑动面法向压力；Ti为土条在滑动面切向力；θi为土条的坡度；li为土条所对应的滑动面长度；bi为土条宽度；为内摩擦角；hi为土条高度；γ为重度；Gi为土条所对应的重力；
以下根据Green-Ampt入渗模型对降雨条件下边坡稳定性分析模型构建步骤进行说明：
①确定降雨入渗率I和降雨入渗深度hiˊ；












式中，Zf为基质吸力；Qs为土体饱和含水率，Qi为土体自然含水率；H为坡体高度；α为坡度；q为降雨强度；t为降雨时长；tp为降雨积水开始出现时间；ks为土体饱和渗透系数；
综合上述公式，则



A.当降雨强度小于土体饱和渗透系数时，则



B.当降雨强度大于土体饱和渗透系数，根据公式(11)，则



②建立降雨条件下边坡稳定性分析模型；
综合以上求取的降雨入渗深度hiˊ和降雨入渗率I并结合Fellenius理论，可以得到降雨条件下边坡稳定性分析模型，如下式所示：

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【专利技术属性】
技术研发人员：李国栋，孙艳杰，岳峰，陈谦亮，梁玉茂，闫志长，孟广敏，
申请(专利权)人：山西水务集团建设投资有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14