CN109598013A - 推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法,其属于滑坡稳定性评价与防治技术领域。包括以下步骤:推移式滑坡坡体基本物理力学参数的勘探与测定,推移式滑坡坡体的条分,条块下滑力及剩余下滑力的确定,滑坡主动滑移区、挤压区及稳定区的确定,推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面的确定,滑坡局部破坏位置临界剩余下滑推力的确定,滑坡最优抗滑桩桩位的确定。本发明的有益效果是:根据滑坡坡体极限平衡条件,采用条分‑剩余下滑力分析法依次确定滑坡剪出口形成的最危险滑移面、滑坡局部破坏剪出口力学判据和抗滑桩补偿剩余下滑推力值;确定推移式滑坡治理的最优抗滑桩桩位,达到对该类滑坡进行科学、有效治理的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法,其属于滑坡稳定性评价与防治技术领域。
背景技术
近年来,随着各类工程建设的兴起,滑坡灾害在水利水电工程、海岸工程、交通工程、铁路工程中经常遇到,常给国民经济建设、人民生活与重大工程的安全带来严重危害和巨大的财产损失。滑坡灾害威胁着人类的生命安全,对正常的社会和生产运转造成了严重的影响与危害。在众多的滑坡地质灾害中,推移式滑坡就是其中一种主要滑坡类型,在我国有着广泛的分布。推移式滑坡的滑体主要由第四系或近代以来的松散堆积物构成,多为堆积层滑坡,其滑体堆积物的物质组成包括残坡积物、洪积物、崩塌堆积物以及它们的过渡或混合类型等等。该类滑体物质结构松散,具有较大的孔隙性、透水性,强度较低,坡体不仅能产生整体滑移变形,而且还容易产生较大的局部变形。因此,对该类滑坡进行科学有效的防治是将其灾害造成的危害降低至最低程度的重要措施之一。在推移式滑坡的众多防治措施中,抗滑桩由于具有抗滑性能强、对滑体扰动小、施工安全、设桩位置灵活、投资较少且应用范围广,可以有效地适应工程地质条件并且及时调整设计方案的特点,因此被广泛的应用于该类滑坡加固中。
目前,推移式滑坡稳定性评价与抗滑桩加固设计主要采用的评价与设计方法主要有两种:一是极限平衡法,主要包括剩余下滑推力法和改进的简化Bishop 法,该类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最危险滑移面进行求解其整体稳定性系数Fs,以此为依据确定抗滑桩加固位置;二是利用有限元分析软件进行数值模拟滑坡应力场,通过引入岩土体破坏强度准则,建立理想弹塑性模型来确定最大位移变形场与圆弧形剪切滑移带来确定抗滑桩空间位置。然而由于传统极限平衡法是将推移式边坡整体稳定性分析与评价作为抗滑桩治理设计依据,而对于推移式滑坡,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,特别随着推移式滑坡深度的增大,其失稳规模、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,而是通常在边坡最薄弱的部位(坡体挤压区)形成局部破坏与滑坡,而传统的边坡极限平衡法无法对产生局部破坏与滑移的边坡稳定性与抗滑桩桩位进行科学有效的评价与定位;有限元数值分析法评价边坡稳定性与确定抗滑桩空间位置是建立在确定合理的本构关系和准确的土层物理力学参数明确已知的条件下,然而由于取样和试验条件的限制,很难获取准确的岩土体物理力学参数,难以真实反映滑坡坡体稳定性,其结果容易受到上述因素及有限元软件和人为因素影响而产生较大误差,并且还存在计算过程繁琐、计算量大和计算时间长等局限性问题,其方法所求位移并不能代表滑坡真实位移变化,无法有效确定滑坡坡体的抗滑桩加固空间位置。综上所述,推移式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已成为该类滑坡防治领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足,提供一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法,包括以下步骤:
步骤一:推移式滑坡坡体基本物理力学参数的勘探与测定
确定推移式滑坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深Hci以及地下水位 Hwi的变化规律;运用岩土原位试验或室内土工试验综合测定边坡坡体土层粘聚力c、内摩擦角重度γ,对于有地下水的边坡,还需测定土层有效粘聚力c′、有效内摩擦角饱和重度γsat以及水力梯度I;
步骤二:推移式滑坡坡体的条分
根据推移式滑坡滑面倾斜规律,首先从斜坡滑面高角度后缘向滑面低角度前缘对坡体进行条分,条分线为垂直线,根据滑面和坡体的物理力学性质和计算精度的要求进行不等宽度条分,第i土条条分宽度记为Xi;
步骤三:条块下滑力及剩余下滑力的确定
(1)第i条块下滑力的确定
对土条进行受力分析,根据式(1)和式(2)分别求出第i土条自身产生的滑动力Gi和抗滑力Pi
Gi=γ(Hci-Hwi)Xisinθi+γsatHwiXisinθi+IγwXiHwi (1)
式中:Hci为第i土条的平均高度(m);Hwi为第i土条地下水的平均深度 (m);Xi为第i土条的水平宽度(m);I为水力梯度;γ为土的天然重度(kN/m3);γsat为土体的饱和重度(kN/m3);γw为水的重度;θi为第i土条滑面倾角;为滑面有效内摩擦角,c′为滑面有效粘聚力;γ′为土的浮重度,
根据式(3)确定第i土条的下滑力Ti
Ti=Gi-Pi (3)
(2)第i+1土条的剩余下滑力Tci的确定
Ti对第i+1土条的作用力可分解成平行下侧土条滑面和垂直下侧土条滑面两个分力,由垂直分力而产生的抗滑力为T1i,平行下侧面分为T2i,根据式 (4)和式(5)分别可分别确定T1i和T2i,
T2i=Ticosαi (5)
式中:αi为土条i与i+1滑面的倾角之差,
根据式(6)确定由Ti作用给下侧第i+1土条的剩余下滑力为
Tci=T2i-T1i (6);
步骤四:滑坡主动滑移区、挤压区及稳定区的确定
根据式(7)确定第i+1土条的稳定系数Fsi
式中:Gi+1和Pi+1分别是第i+1土条自身产生的滑动力和抗滑力,
根据边坡坡体条块稳定性系数Fsi的大小及步骤三中计算的第i条块剩余下滑力值Tci的大小,可判别推移式滑坡坡体主动滑移区、挤压区和稳定区的部位,将滑坡后缘至剩余下滑推力值Tci达到峰值的条块所在区域定义为边坡主动滑移区;将剩余下滑推力值Tci达到峰值的条块至Fsi≤1的条块区域定义为边坡坡体挤压区;将Fsi>1的条块所在区域边坡坡体定义为边坡坡体稳定区,确定推移式滑坡主动滑移区、坡体挤压区与坡体稳定区;
步骤五:推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面的确定
根据滑坡剩余下滑推力作用规律,滑坡主动滑移区的剩余下滑推力必然会作用在坡体挤压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,在坡体挤压区将会发生剪切破坏。将滑坡坡体挤压区确定为滑坡最危险局部破坏部位,由于实际工程中局部破坏位置处滑移面的形状通常为圆弧面,因此当滑移面为圆弧滑移面,对出现的圆弧滑移面采用条分法进行处理,即将挤压区滑移体沿铅直方向细分成若干土条,土条宽度为R/10-R/20 (R为圆弧滑移半径),在自重作用力和剩余下滑力联合作用下,计算各土条在滑面上产生的滑动力和抗滑力,再根据各土条总的抗滑力矩和滑动力矩之比求得滑移体抗滑稳定系数F,计算过程中忽略地下水的影响,根据式(8)可确定滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F:
采用试算法确定剪出口形成的最危险滑移面,先假设该滑坡为平面滑移,平面滑移角为以平面滑移面出露点c与底面基准点a连线中点作中垂线,在该垂线上找n个点做圆心O,以不同的aO为半径R作圆弧,分别求出不同R条件下的局部破坏位置抗滑稳定性系数F,取最小F对应的圆弧为该起始点的可能圆弧滑动面,过该点作其中垂线的垂线,同样的方法在该垂线上找m个点做圆心O,找出其他起始点对应圆弧下的最小局部破坏位置抗滑稳定性系数F,所有起始点中最小的F所对应的圆弧,即是此条件下剪出口形成的最危险滑移面;
步骤六:滑坡局部破坏位置临界剩余下滑推力的确定
当F=1,根据式(9)可求出局部位置发生破坏时极限剩余下滑推力T0,
式中:T0为局部破坏位置处所需的极限剩余下滑推力,将步骤五中求得的最危险滑移面的临界剩余下滑推力值T0作为判据;G为滑移体总重(KN), G=∑γbjhj;αj为第j块土条中心切线倾角(°);lj为第j块土条滑面弧长(m);θ为边坡剪出口区平均倾角(°);T为剩余下滑推力(KN);c为平均粘聚力(kpa); bj为第j土条宽度(m);hj为第j土条平均高度(m);
步骤七:滑坡最优抗滑桩桩位的确定
(1)滑坡剪出口破坏部位的判定;
(2)滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定;
(3)滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定。
进一步,所述步骤七中滑坡剪出口破坏部位的判定方法为:根据推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面对应的滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F与滑坡的稳定性安全系数K的关系判定滑坡是否会发生剪出破坏,即:当滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F小于滑坡的安全系数K时,则判定该部位为滑坡局部剪切破坏部位,反之,则判定该部位不会发生剪切破坏;
所述滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定方法为:针对滑坡局部破坏位置滑移体抗滑稳定性系数F小于滑坡安全系数K的边坡,其局部剪切破坏部位既是边坡最不稳定部位,也是抗滑桩治理的关键部位,为了使抗滑桩发挥最大效果,同时使抗滑桩治理后的边坡达到规范要求,为此滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力△T,使其满足:
从式(10)可得出:
式中:
△T—滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力;
Tcn—主动滑移区的剩余下滑推力值,其值为主动滑移区最后一个土条传递的剩余下滑推力值,根据步骤三中公式(1)-(6)确定,
K—滑坡安全系数;
所述滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定方法为:根据各土条的剩余下滑推力值做出剩余下滑推力曲线,找出该曲线上剩余下滑推力值由小增大到减小的拐点,该拐点所对应土条下侧位置即为推移式滑坡抗滑桩最优设计桩位。
本发明的理论依据与基本原理如下:
原理1
条分-剩余下滑力分析法是将传统的条分法和剩余下滑力结合的一种边坡滑移分析法,它适用一切沿一定滑面的推移式滑坡分析。
此法假设:①推移式滑坡坡体为刚体或准刚体(实际上坡体为塑性体)作整体或局部下滑,②根据滑面倾斜规律,首先从斜坡滑面高角度后缘向滑面低角度前缘对坡体进行条分,条分线为垂直线,可根据滑面和坡体的物理力学性质和计算精度的要求进行等宽度条分或不等宽度条分;③假设每一土条下侧条分面恒为临空面,即不考虑下侧土条对上侧土条的反作用力及土条之间内力。而只考虑上侧土条的剩余下滑力和土条本身的主动受力条件。在上述假设条件下,推移式边坡每一土条的受力条件如图2所示。
根据图3所示的坡体受力条件,每一土条所受到的作用力有:土条本身的重力;上面土条作用的剩余下滑力;其方向与其上侧土条滑面中点切线方向平行;基底面对坡体的摩擦力;地下水的渗透力和浮托力。在上述力作用下,如土条不发生倾倒和转动,可以进行受力分析,求出土条自身稳定系数和考虑剩余下滑力作用的局部坡段边坡的稳定系数。根据稳定系数的大小及变化规律可对斜坡变形作差异性分析和整体稳定性分析。因此,土条的受力条件如下:
(1)土条自身产生的下滑力Gi
Gi=γ(Hci-Hwi)Xisinθi+γsatHwiXisinθi+IγwXiHwi
(2)土条底面的抗滑力Pi:
式中:Hci为第i土条的平均高度(m);Hwi为第i土条地下水的平均深度 (m);Xi为第i土条的水平宽度(m);I为水力梯度;γ为土的天然重度(kN/m3);γsat为土体的饱和重度(kN/m3);γw为水的重度;θi为第i土条滑面倾角;为滑面有效内摩擦角,c′为滑面有效黏聚力;γ′为土的浮重度。
(3)土条的剩余下滑力Ti:
Ti=Gi-Pi
(4)Ti对土条i+1的剩余下滑力Tci:
Ti对土条i+1的作用力可分解成平行下侧土条滑面和垂直下侧土条滑面两个分力。设由垂直分力而产生的抗滑力为T1i,平行下侧面分为T2i,则
T2i=Ticosαi
式中:αi为土条i与i+1滑面的倾角之差(°)。
所以,由Ti作用给下侧土条i+1的真正剩余下滑力为:
Tci=T2i-T1i
土条i+1的稳定系数Fsi:
原理2
现场实际调查表明,剪出口滑移面的形状一般为曲面,该曲面通常可用圆弧面近似代替,其受力条件可用如图4所示。
圆弧滑面剪出口形成的极限剩余下滑推力原则上可用滑面静力平衡条件,可采用条分法进行处理,即将滑移体沿铅直方向分成若干土条,土条宽度为 R/10-R/20(R为圆弧滑移半径),在自重作用力和剩余下滑力联合作用下,计算各土条在滑面上产生的滑动力和抗滑力,再根据各土条总的抗滑力矩和滑动力矩之比求得滑移体抗滑稳定系数F。令F=1,即滑移体为极限平衡状态,所求得的T0即为剪出口形成的极限剩余下滑力,其方程式即为剪出口形成的力学判据。根据上述原理,所求的滑移体抗滑稳定系数F为:
如令F=1,则得;
式中:T0为局部破坏位置处所需的极限剩余下滑推力;G为滑移体总重(KN), G=∑γbjhj;αj为第j块土条中心切线倾角(°);lj为第j块土条滑面弧长(m);θ为边坡剪出口区平均倾角(°);T为剩余下滑推力(KN);c为平均粘聚力(kpa); bj为第j土条宽度(m);hj为第j土条平均高度(m)。
该式即为圆弧滑移面的剪出口形成力学判据。
本发明的有益效果是:根据滑坡坡体极限平衡条件,采用条分-剩余下滑力分析法首先确定滑坡剪出口形成的最危险滑移面,并依此确定滑坡局部破坏剪出口力学判据,进而确定抗滑桩补偿剩余下滑推力值;以滑坡补偿剩余下滑推力值与剪出口位置为基本评价设计参数,确定推移式滑坡治理的最优抗滑桩桩位,以达到对该类滑坡进行科学、有效治理的目的。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为土条剖分图。
图3为土条受力分析图。
图4为圆弧滑面的剪出口滑移体受力图。
图5为最危险滑移面试算图。
图6为剩余下滑推力变化曲线图。
图7为抗滑桩位设计图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
步骤一:推移式滑坡坡体基本物理力学参数的勘探与测定
根据《边坡工程勘察规范》YS5230—1996及《土工试验规程》SL237—1999 对待测定的推移式滑坡进行系统的勘探与物探、试验及调查测绘,综合确定推移式滑坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深Hci以及地下水位Hwi的变化规律;运用岩土原位试验或室内土工试验综合测定边坡坡体土层粘聚力c、内摩擦角重度γ,对于有地下水的边坡,还需测定土层有效粘聚力c′、有效内摩擦角饱和重度γsat以及水力梯度I,见表1;
表1边坡基本参数一览表
步骤二:推移式滑坡坡体的条分
根据推移式滑坡滑面倾斜规律,首先从斜坡滑面高角度后缘向滑面低角度前缘对坡体进行条分,条分线为垂直线,根据滑面和坡体的物理力学性质和计算精度的要求进行不等宽度条分,第i土条条分宽度记为Xi(见表1);当每一土条下侧条分面恒为临空面,即不考虑下侧土条对上侧土条的反作用力及土条之间内力,而只考虑上侧土条的剩余下滑力和土条本身的主动受力条件,见图2。
步骤三:条块下滑力及剩余下滑力的确定
(1)第i条块下滑力的确定
根据原理1,对土条进行受力分析,见图3,根据式(1)和式(2)分别求出第i土条自身产生的滑动力Gi和抗滑力Pi,
Gi=γ(Hci-Hwi)Xisinθi+γsatHwiXisinθi+IγwXiHwi (1)
式中:Hci为第i土条的平均高度(m);Hwi为第i土条地下水的平均深度 (m);Xi为第i土条的水平宽度(m);I为水力梯度;γ为土的天然重度(kN/m3);γsat为土体的饱和重度(kN/m3);γw为水的重度;θi为第i土条滑面倾角;为滑面有效内摩擦角,c′为滑面有效粘聚力;γ′为土的浮重度;
根据式(3)确定第i土条的下滑力Ti:
Ti=Gi-Pi (3)
(2)第i+1土条的剩余下滑力Tci的确定:
Ti对第i+1土条的作用力可分解成平行下侧土条滑面和垂直下侧土条滑面两个分力。设由垂直分力而产生的抗滑力为T1i,平行下侧面分为T2i,根据式(4)和式(5)分别可分别确定T1i和T2i,
T2i=Ticosαi (5)
式中:αi为土条i与i+1滑面的倾角之差(°),
根据式(6)确定由Ti作用给下侧第i+1土条的剩余下滑力为:
Tci=T2i-T1i (6)
上述各式计算结果见表2。
表2各个坡体条块剩余下滑力计算值
步骤四:滑坡主动滑移区、挤压区及稳定区的确定
根据式(7)确定第i+1土条的稳定系数Fsi,见表2:
式中:Gi+1和Pi+1分别是第i+1土条自身产生的滑动力和抗滑力。
根据边坡坡体条块稳定性系数Fsi的大小及步骤三中计算的第i条块剩余下滑力值Tci的大小,可判别推移式滑坡坡体主动滑移区、挤压区和稳定区的部位,该滑坡剩余下滑力Tci在第4条块下侧达到峰值,稳定性系数Fsi在第7条块下侧为1。将滑坡后缘至第4条块下侧所在区域定义为边坡主动滑移区;将第4条块下侧至第7条块下侧区域定义为边坡坡体挤压区;将第7条块下侧区域边坡坡体定义为边坡坡体稳定区。
步骤五:推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面的确定
根据滑坡剩余下滑推力作用规律,滑坡主动滑移区的剩余下滑推力必然会作用在坡体挤压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,在坡体挤压区将会发生剪切破坏。因此,将滑坡坡体挤压区确定为滑坡最危险局部破坏部位,由于实际工程中局部破坏位置处滑移面的形状通常为圆弧面,因此当滑移面为圆弧滑移面,对出现的圆弧滑移面采用条分法进行处理,即将挤压区滑移体沿铅直方向细分成若干土条,土条宽度为 R/10-R/20(R为圆弧滑移半径),在自重作用力和剩余下滑力联合作用下,计算各土条在滑面上产生的滑动力和抗滑力,再根据各土条总的抗滑力矩和滑动力矩之比求得滑移体抗滑稳定系数F(原理2),见图4,计算过程中忽略地下水的影响。根据式(8)可确定滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F:
采用试算法确定剪出口形成的最危险滑移面(见图5),首先定义该滑坡为平面滑移,平面滑移角为以平面滑移面出露点c与底面基准点a连线中点作中垂线,在该垂线上找n个点做圆心O,以aO为半径R作圆弧,分别求出不同R条件下的局部破坏位置抗滑稳定性系数F,取最小F对应的圆弧为该起始点的可能圆弧滑动面,过该点作其中垂线的垂线,同样的方法在该垂线上找m 个点做圆心O,找出其他起始点最小F,通过试算,所有起始点中O4对应的F=1.1 最小,因此其所对应的圆弧即是此条件下剪出口形成的最危险滑移面。
步骤六:滑坡局部破坏位置临界剩余下滑推力的确定
当F=1,根据式(9)可求出局部位置发生破坏时极限剩余下滑推力T0,见原理2。
式中:T0为局部破坏位置处所需的极限剩余下滑推力;G为滑移体总重(KN), G=∑γbihi;αj为第j块土条中心切线倾角(°);lj为第j块土条滑面弧长(m);θ为边坡剪出口区平均倾角(°);c为平均粘聚力(kpa);bj为第j土条宽度(m); hj为第j土条平均高度(m)。
将步骤五中求得的最危险滑移面的临界剩余下滑推力值T0=7132KN作为该部位的滑坡临界剩余下滑推力判据。
步骤七:滑坡最优抗滑桩桩位的确定
(1)滑坡剪出口破坏部位的确定
由于该滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F=1.1小于滑坡的安全系数K=1.2(安全系数K根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013确定,取值1.2),因此判定该部位为滑坡局部剪切破坏部位。
(2)滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定
针对滑坡局部破坏位置滑移体抗滑稳定性系数F小于滑坡安全系数K的边坡,其局部剪切破坏部位既是边坡最不稳定部位,也是抗滑桩治理的关键部位。为了使抗滑桩发挥最大效果,同时使抗滑桩治理后的边坡达到规范要求。为此,提出滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力△T,使其满足:
从式(10)可得出
式中:
△T—滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力;
Tcn—主动滑移区的剩余下滑推力值,其值为主动滑移区最后一个土条传递的剩余下滑推力值,根据步骤三中公式(1)-(6)确定。
K—滑坡安全系数。
(3)滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定
根据各条块的剩余下滑推力值做出剩余下滑推力曲线,找出该曲线上剩余下滑推力由小增大到减小的拐点所对应土条下侧(见图6),此处即为该抗滑桩最优设计桩位(见图7)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:推移式滑坡坡体基本物理力学参数的勘探与测定
确定推移式滑坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深Hci以及地下水位Hwi的变化规律;运用岩土原位试验或室内土工试验综合测定边坡坡体土层粘聚力c、内摩擦角重度γ,对于有地下水的边坡,还需测定土层有效粘聚力c′、有效内摩擦角饱和重度γsat以及水力梯度I;
步骤二:推移式滑坡坡体的条分
根据推移式滑坡滑面倾斜规律,首先从斜坡滑面高角度后缘向滑面低角度前缘对坡体进行条分,条分线为垂直线,根据滑面和坡体的物理力学性质和计算精度的要求进行不等宽度条分,第i土条条分宽度记为Xi;
步骤三:条块下滑力及剩余下滑力的确定
(1)第i条块下滑力的确定
对土条进行受力分析,根据式(1)和式(2)分别求出第i土条自身产生的滑动力Gi和抗滑力Pi
Gi=γ(Hci-Hwi)Xisinθi+γsatHwiXisinθi+IγwXiHwi (1)
式中:Hci为第i土条的平均高度(m);Hwi为第i土条地下水的平均深度(m);Xi为第i土条的水平宽度(m);I为水力梯度;γ为土的天然重度(kN/m3);γsat为土体的饱和重度(kN/m3);γw为水的重度;θi为第i土条滑面倾角;为滑面有效内摩擦角,c′为滑面有效粘聚力;γ′为土的浮重度,
根据式(3)确定第i土条的下滑力Ti
Ti=Gi-Pi (3)
(2)第i+1土条的剩余下滑力Tci的确定
Ti对第i+1土条的作用力可分解成平行下侧土条滑面和垂直下侧土条滑面两个分力,由垂直分力而产生的抗滑力为T1i,平行下侧面分为T2i,根据式(4)和式(5)分别可分别确定T1i和T2i,
T2i=Ticosαi (5)
式中:αi为土条i与i+1滑面的倾角之差,
根据式(6)确定由Ti作用给下侧第i+1土条的剩余下滑力为
Tci=T2i-T1i (6);
步骤四:滑坡主动滑移区、挤压区及稳定区的确定
根据式(7)确定第i+1土条的稳定系数Fsi
式中:Gi+1和Pi+1分别是第i+1土条自身产生的滑动力和抗滑力,
根据边坡坡体条块稳定性系数Fsi的大小及步骤三中计算的第i条块剩余下滑力值Tci的大小,可判别推移式滑坡坡体主动滑移区、挤压区和稳定区的部位,将滑坡后缘至剩余下滑推力值Tci达到峰值的条块所在区域定义为边坡主动滑移区;将剩余下滑推力值Tci达到峰值的条块至Fsi≤1的条块区域定义为边坡坡体挤压区;将Fsi>1的条块所在区域边坡坡体定义为边坡坡体稳定区,确定推移式滑坡主动滑移区、坡体挤压区与坡体稳定区;
步骤五:推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面的确定
根据滑坡剩余下滑推力作用规律,滑坡主动滑移区的剩余下滑推力必然会作用在坡体挤压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,在坡体挤压区将会发生剪切破坏。将滑坡坡体挤压区确定为滑坡最危险局部破坏部位,由于实际工程中局部破坏位置处滑移面的形状通常为圆弧面,因此当滑移面为圆弧滑移面,对出现的圆弧滑移面采用条分法进行处理,即将挤压区滑移体沿铅直方向细分成若干土条,土条宽度为R/10-R/20(R为圆弧滑移半径),在自重作用力和剩余下滑力联合作用下,计算各土条在滑面上产生的滑动力和抗滑力,再根据各土条总的抗滑力矩和滑动力矩之比求得滑移体抗滑稳定系数F,计算过程中忽略地下水的影响,根据式(8)可确定滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F:
采用试算法确定剪出口形成的最危险滑移面,当该滑坡为平面滑移,平面滑移角为以平面滑移面出露点c与底面基准点a连线中点作中垂线,在该垂线上找n个点做圆心O,以不同的aO为半径R作圆弧,分别求出不同R条件下的局部破坏位置抗滑稳定性系数F,取最小F对应的圆弧为该起始点的可能圆弧滑动面,过该点作其中垂线的垂线,同样的方法在该垂线上找m个点做圆心O,找出其他起始点对应圆弧下的最小局部破坏位置抗滑稳定性系数F,所有起始点中最小的F所对应的圆弧,即是此条件下剪出口形成的最危险滑移面;
步骤六:滑坡局部破坏位置临界剩余下滑推力的确定
当F=1,根据式(9)可求出局部位置发生破坏时极限剩余下滑推力T0,
式中:T0为局部破坏位置处所需的极限剩余下滑推力,将步骤五中求得的最危险滑移面的临界剩余下滑推力值T0作为判据;G为滑移体总重(KN),G=∑γbjhj;αj为第j块土条中心切线倾角(°);lj为第j块土条滑面弧长(m);θ为边坡剪出口区平均倾角(°);T为剩余下滑推力(KN);c为平均粘聚力(kpa);bj为第j土条宽度(m);hj为第j土条平均高度(m);
步骤七:滑坡最优抗滑桩桩位的确定
(1)滑坡剪出口破坏部位的判定;
(2)滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定;
(3)滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定。
2.根据权利要求1所述的一种推移式滑坡最危险滑移面及抗滑桩最优桩位的确定方法,其特征在于:所述步骤七中滑坡剪出口破坏部位的判定方法为:根据推移式滑坡剪出口形成的最危险滑移面对应的滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F与滑坡的稳定性安全系数K的关系判定滑坡是否会发生剪出破坏,即:当滑坡局部破坏位置抗滑稳定性系数F小于滑坡的安全系数K时,则判定该部位为滑坡局部剪切破坏部位,反之,则判定该部位不会发生剪切破坏;
所述滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力的确定方法为:针对滑坡局部破坏位置滑移体抗滑稳定性系数F小于滑坡安全系数K的边坡,其局部剪切破坏部位既是边坡最不稳定部位,也是抗滑桩治理的关键部位,为了使抗滑桩发挥最大效果,同时使抗滑桩治理后的边坡达到规范要求,为此滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力△T,使其满足:
从式(10)可得出:
式中:
△T—滑坡抗滑桩补偿剩余下滑推力;
Tcn—主动滑移区的剩余下滑推力值,其值为主动滑移区最后一个土条传递的剩余下滑推力值,根据步骤三中公式(1)-(6)确定,
K—滑坡安全系数;
所述滑坡抗滑桩最优抗滑桩桩位的确定方法为:根据各土条的剩余下滑推力值做出剩余下滑推力曲线,找出该曲线上剩余下滑推力值由小增大到减小的拐点,该拐点所对应土条下侧位置即为推移式滑坡抗滑桩最优设计桩位。
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