CN104794348A - 一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，本发明适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，不仅可用于单排锚固桩的设计计算，获得最小的抗滑滑阻力和最佳设桩位置，而且可用于多(双)排桩的优化设计计算。通过工程实例比对，结果显示，矩阵数组法比传统方法更科学性。在重大滑坡防治工程中，如果将矩阵数组法与有限元法进行结合，则计算结果更可靠、更合理。
Description
技术领域
本发明涉及锚固桩抗滑阻力领域，尤其涉及一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法。
背景技术
边坡是人类工程活动中最为常见的一种地质环境，而滑坡灾害是地质灾害的主要形式之一。滑坡灾害的防治措施比较多，锚固桩因其具有抗滑能力强、设桩灵活、施工安全方便等特征，而被广泛应用于滑坡治理中。在锚固桩的滑坡防治工程设计中，锚固桩所承受的滑坡推力是工程桩设计的关键。针对这一问题，许多科技工作者进行了一些研究，也取得了一些成果。目前，锚固桩桩身受力的计算主要有两种理论计算方法，这两种计算方法均仅是针对单排锚固桩的，即使是用于单排桩的计算，也存在一些缺陷，更无法应用于双排或多排锚固桩的设计计算。随着滑坡体的大型化，现在双排锚固桩或多排桩已被逐渐应用于滑坡治理中。
在滑坡治理中，锚固桩与滑坡体是一个相互依存的复杂系统。滑体作用于桩身上的滑坡推力也就是锚固桩所要提供的抗滑阻力，滑坡推力的大小与滑体性质、滑体的厚度、滑动面的形状、设桩位置、桩间距等因素有关。在实际工程设计中，一般先对滑坡体进行工程地质勘察，了解滑体的工程地质条件，对滑体的性质进行分析等，之后，以力学分析为基础进行滑体稳定性计算。
关于剩余下滑力的计算方法很多。目前，我国规范建议的计算方法为不平衡滑坡推力传递法和其简化方法，计算公式分别为：
和
式中，ψi-1为第i-1条块上的滑坡推力的传递系数，在两个计算公式中分别为：
Pi为第i块滑体上的剩余下滑力，Wi和Qi分别为i块滑体上的竖直与水平载荷，ui为i块滑体上的孔隙水压力，Ci与分别为i块滑体滑面上岩土体的粘聚力与内摩擦角，αi与li分别为第i块滑体滑面的倾角与长度，FS为安全系数。
应用此法可反算出滑体当前状态下的安全系数FS，绘出各条块的剩余滑坡推力曲线，如附图1(曲线A)，同理，根据设计的安全系数，亦可绘出一条各条块的剩余下滑力曲线，如附图1(曲线B)。
现有抗滑阻力计算方法缺陷分析：
在锚固桩的设计计算中，抗滑阻力一般按两种方法考虑。一种方法是按悬臂桩进行设计，将锚固桩所在位置对应的设计剩余下滑力(附图1中的曲线B，大小)作为抗滑阻力考虑，不考虑桩前土体的抗力，此方案偏于安全，适用于悬臂桩的设计，但对于沉埋桩，采用此方案计算得出的抗滑阻力就偏大，造成工程浪费；第二种方法是把剩余下滑力曲线(附图1)中曲线B与曲线A的差值()作为抗滑阻力，此方案虽然考虑了桩前土体的抗力，但也有自身缺陷(后面会进行分析)，而且不能用于双或多排锚固桩的设计计算。
发明内容
本发明的目的是要提供一种长效防腐组合扇面离子接地降阻装置。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，包括适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法和适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法，适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
(1)以不平衡剩余滑坡推力法为基础，设P为锚固桩所提供的抗滑阻力，按设计要求的安全系数进行剩余滑坡推力的计算，这样由
上式中，滑体被划分为n块滑体，i为第i个块滑体，Pi为第i块滑体上的剩余下滑力；Wi和Qi分别为i块滑体上的竖直与水平载荷；ui为i块滑体上的孔隙水压力；Ci与分别为i块滑体滑面上岩土体的粘聚力与内摩擦角；αi与li分别为第i块滑体滑面的倾角与长度；FS为安全系数；
(2)由上式可以获得锚固桩所在位置的滑体的剩余下滑力为
实施锚固桩工程后，使滑体达到平衡状态，则最后一个条块的剩余下滑推力Pn＝0由于滑体被划分为n个条块，这样可列出n个有关Pi的方程，其中Pi中的i为1到n-1，抗滑阻力P未知，可以显示求出；
(3)初步设计时，锚固桩可以设在不同位置，这样n个条块可以写出n个P的表达式，较为繁琐，为方便起见，用数组a[n]表示设桩与不设桩，把剩余下滑力列成方程组的形式：
其中，a[i]＝1为在i条块后设桩，a[i]＝0则为不设桩，这样编制程序，用循环语句就可以计算出所有不同位置的锚固桩的抗滑阻力，从而找出最佳设桩位置。为此，把该方法定为矩阵数组法。
进一步地，适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
(1)在双排锚固桩设计时，工程界通常会设定一个滑坡推力传递系数β，在一般适合布置双排桩的情况下，0.65≤β≤1，取β为0.65，根据单排桩的计算思路，采用矩阵数组法，对于双排桩，则有n(n-1)个表达形式，同样可令a[i]来表示设桩与不设桩，通过二重循环语句来实现；
在计算中要注意三点：
(2)如果计算出某一条块的滑坡推力小于零，则应按零求解；
(3)如果计算得出桩前条块剩余滑坡推力小于零，假设此锚固桩承担以上条块的所有剩余滑坡推力，前桩则不根据传递系数β求解，而是通过剩余下滑力方程求解；
如果根据上一点计算出的前桩桩前条块剩余下滑力仍然小于零，那么，采用双排桩不能使滑体达到要求的安全系数。
进一步地，滑坡推力传递系数β，0.7≤β≤0.85。
与现有技术相比，本发明适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，不仅可用于单排锚固桩的设计计算，获得最小的抗滑滑阻力和最佳设桩位置，而且可用于多(双)排桩的优化设计计算。通过工程实例比对，结果显示，矩阵数组法比传统方法更科学性。在重大滑坡防治工程中，如果将矩阵数组法与有限元法进行结合，则计算结果更可靠、更合理。
附图说明
图1是现有技术中的剩余滑坡推力曲线图，图中1为锚固桩，2为剩余下滑力至滑坡，A为极限状态下剩余下滑力曲线，B为设计剩余下滑力曲线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，包括适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法和适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法，适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
(1)以不平衡剩余滑坡推力法为基础，设P为锚固桩所提供的抗滑阻力，按设计要求的安全系数进行剩余滑坡推力的计算，这样由
上式中，Pi为第i块滑体上的剩余下滑力；Wi和Qi分别为i块滑体上的竖直与水平载荷；ui为i块滑体上的孔隙水压力；Ci与分别为i块滑体滑面上岩土体的粘聚力与内摩擦角；αi与li分别为第i块滑体滑面的倾角与长度；FS为安全系数；
(2)由上式可以获得锚固桩所在位置的滑体的剩余下滑力为
实施锚固桩工程后，使滑体达到平衡状态，则最后一个条块的剩余下滑推力Pn＝0由于滑体被划分为n个条块，这样可列出n个有关Pi的方程，其中Pi中的i为1到n-1，抗滑阻力P未知，可以显示求出；
(3)初步设计时，锚固桩可以设在不同位置，这样n个条块可以写出n个P的表达式，较为繁琐，为方便起见，用数组a[n]表示设桩与不设桩，把剩余下滑力列成方程组的形式：
其中，a[i]＝1为在i条块后设桩，a[i]＝0则为不设桩，这样编制程序，用循环语句就可以计算出所有不同位置的锚固桩的抗滑阻力，从而找出最佳设桩位置。为此，把该方法定为矩阵数组法。
进一步地，适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
(1)在双排锚固桩设计时，工程界通常会设定一个滑坡推力传递系数β，在一般适合布置双排桩的情况下，0.65≤β≤1，取β为0.65。进一步地可优选范围0.7≤β≤0.85，根据单排桩的计算思路，采用矩阵数组法，对于双排桩，则有n(n-1)个表达形式。同样可令a[i]\来表示设桩与不设桩，通过二重循环语句来实现；
在计算中要注意三点：
(1)如果计算出某一条块的滑坡推力小于零，则应按零求解；
(2)如果计算得出桩前条块剩余滑坡推力小于零，假设此锚固桩承担以上条块的所有剩余滑坡推力，前桩则不根据传递系数β求解，而是通过剩余下滑力方程求解；
(3)如果根据上一点计算出的前桩桩前条块剩余下滑力仍然小于零，那么，采用双排桩不能使滑体达到要求的安全系数。
实施例1
应用本发明计算方法对设计安全系数记性计算，分布高程10-38m，平面呈长条状，分布面积540平方米，不平衡剩余滑坡推力法求解只考虑滑体部分，其参数为滑体重度为19.8kN/m3，滑面土体的内聚力c＝8kPa，摩擦角要求设计安全系数Fs＝1.2。
现有技术的方法算出的锚固桩阻力均比后两种方案大很多，正如前述，是由于未考虑桩前土抗力的结果。如果锚固桩设在2～7号条块的位置，那么后两种方法的差别也偏大。这是由于第二种方法只考虑了桩后滑体达到了设计安全系数，而桩前滑体则达不到设计安全系数。根据公式
可得，锚固桩桩前的剩余滑坡推力也比极限平衡时的剩余滑坡推力大，所以此法计算的抗滑阻力偏小，而且桩位置设置越靠近滑体后缘，计算抗滑阻力比真实的抗滑阻力越小。
对矩阵数组法计算结果进行分析，发现在第9块或第10条块后设桩，桩的抗滑阻力最小，均为318.298kN，所以锚固桩可设置在此处。
采用矩阵数组法计算抗滑阻力时，考虑了桩前条块所能提供的全部阻滑力，实际上阻滑力与锚固桩的变形有关，桩前条块的阻滑力不可能发挥到极限。下面采用有限元法来验证。
有限元法可以考虑材料变形，根据上述案例，按照有限元强度折减法的理论，建立有限元模型，对桩的抗滑阻力进行求解。锚固桩材料的设计参数为：弹性模量E＝30000MPa，泊松比μ＝0.2，密度2500kg/m3。锚固桩埋入深度为全桩长的1/3，桩土结合按无摩擦接触模型处理，对桩土接触处的网格进行局部细分，以便后处理中对滑坡推力和桩前抗力的计算。计算收敛后，获得不同桩位的滑坡推力和桩前抗力分布。按照梯形积分公式进行积分，可得滑坡推力为430.31kN，桩前抗力为60.433kN，滑坡推力与方法1计算结果相差2％左右，而桩前阻力却只有现有技术方法的50％左右。最终用有限元法得到抗滑阻力369.877kN。通过对比，可知按现有技术方法进行计算，得出抗滑阻力偏小，可引进传递系数，锚固桩实际设计推力均为0.2。不过，数值还是应根据实验或经验类比确定。而且对于安全系数要求较高的工程，求解抗滑阻力时，用本发明确定桩位后，建立二维或三维模型进行检验。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：包括适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法和适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法，适用于单排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
以不平衡剩余滑坡推力法为基础，设P为锚固桩所提供的抗滑阻力，按设计要求的安全系数进行剩余滑坡推力的计算，这样由
上式中，滑体被划分为n块滑体，i为第i个块滑体，Pi为第i块滑体上的剩余下滑力；Wi和Qi分别为i块滑体上的竖直与水平载荷；ui为i块滑体上的孔隙水压力；Ci与分别为i块滑体滑面上岩土体的粘聚力与内摩擦角；αi与li分别为第i块滑体滑面的倾角与长度；FS为安全系数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：由权利要求1中可以获得锚固桩所在位置的滑体的剩余下滑力为
实施锚固桩工程后，使滑体达到平衡状态，则最后一个条块的剩余下滑推力Pn＝0由于滑体被划分为n块滑体。
3.根据权利要求2所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：由权利要求2中的公式可列出n个有关Pi的方程，其中Pi中的i为1到n-1，抗滑阻力P未知，可以显示求出；
初步设计时，锚固桩可以设在不同位置，这样n个条块可以写出n个P的表达式，较为繁琐，为方便起见，用数组a[n]表示设桩与不设桩，把剩余下滑力列成方程组的形式：
...............................................................
...............................................................
4.根据权利要求3所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：权利要求3中，a[i]＝1为在i条块后设桩，a[i]＝0则为不设桩，这样编制程序，用循环语句就可以计算出所有不同位置的锚固桩的抗滑阻力，从而找出最佳设桩位置，为此，把该方法定为矩阵数组法。
5.根据权利要求1所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：适用于多排锚固桩抗滑阻力的计算方法具体计算步骤包括：
(1)在双排锚固桩设计时，工程界通常会设定一个滑坡推力传递系数β，在一般适合布置双排桩的情况下，0.65≤β≤1，取β为0.65,根据单排桩的计算思路，采用矩阵数组法，对于双排桩，则有n(n-1)个表达形式，同样可令a[i]\来表示设桩与不设桩，通过二重循环语句来实现。
6.根据权利要求5所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：在权利要求5中计算中要注意三点：
(1)如果计算出某一条块的滑坡推力小于零，则应按零求解；
(2)如果计算得出桩前条块剩余滑坡推力小于零，假设此锚固桩承担以上条块的所有剩余滑坡推力，前桩则不根据传递系数β求解，而是通过剩余下滑力方程求解；
(3)如果根据上一点计算出的前桩桩前条块剩余下滑力仍然小于零，那么，采用双排桩不能使滑体达到要求的安全系数。
7.根据权利要求5所述的一种适用于锚固桩抗滑阻力的计算方法，其特征在于：滑坡推力传递系数β，在一般适合布置双排桩的情况下，0.7≤β≤0.85。
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