CN113239434A - 一种确定锚杆衰减系数的新方法 - Google Patents

Abstract

一种确定锚杆衰减系数的新方法，涉及安全风险评估技术领域，包括如下步骤：步骤1、建立加固边坡数学模型，确定一系列锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值；步骤2、在某一衰减系数下，计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f；步骤3、反复重复步骤2，获取一系列衰减系数与加固边坡失效概率P_f的关系曲线；步骤4、根据期望失效概率确定锚杆的衰减系数。本发明提供了一种确定锚杆衰减系数的新方法，该方法可以对加固后的边坡进行稳定程度评估，并确定锚杆衰减系数。

Description

一种确定锚杆衰减系数的新方法

技术领域

本发明涉及安全风险评估技术领域，具体涉及一种确定锚杆衰减系数的新方法。

背景技术

在对加筋土体研究过程中，锚杆防护因其施工简单，成本较低，支护效果好等优点，而受到边坡工程界的青睐。

锚杆灌浆拔出面上的单位表面摩擦力与土层情况、及锚杆的安装过程有关，是一个与特定场地相关的参数，另外，受到边坡内渗流水的化学与力学作用，锚杆灌浆拔出面上的单位表面摩擦力会降低，导致锚杆局部失效。

如上所述，由于锚杆荷载传递机理的复杂性及支护参数的多样性，锚杆的不确定性对边坡失效概率的影响研究具有重要的意义，当前对锚杆不确定研究较少，因此加固边坡仍然面临巨大挑战，亟需一种可以对加固后的边坡进行稳定程度评估并确定锚杆衰减系数的新方法。

发明内容

为了解决这些问题，本发明提出了一种确定锚杆衰减系数的新方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种确定锚杆衰减系数的新方法，包括如下步骤：

步骤1、建立加固边坡数学模型，确定一系列锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值；

步骤2、在某一衰减系数下，计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f；

步骤3、反复重复步骤2，获取一系列衰减系数与加固边坡失效概率P_f的关系曲线；

步骤4、根据期望失效概率确定锚杆的衰减系数。

优选的，所述的步骤1中，通过选定锚杆失效根数，在规定范围0≤K_i≤1内，确定M个锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值K₁,K₂,......K_M。

优选的，所述的步骤2中，将边坡土体参数黏聚力c和内摩擦角φ视为随机变量来模拟土层参数的不确定性，利用蒙特卡罗抽样方法产生一系列抽样样本，利用极限平衡方法的摩根斯坦法求出对应的安全系数，进而利用边坡安全系数小于某一规定值确定失效样本，汇总计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f。

优选的，所述的步骤2中，在衰减系数值K_i下，根据锚杆失效根数，在所有施加锚杆中随机选择失效锚杆，基于失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的初始值F₀和K_i确定失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的计算值F＝F₀×K_i，将边坡土体参数黏聚力c、内摩擦角φ、视为随机变量，利用Matlab软件产生N个样本Z₁，Z₂，......Z_N，基于极限平衡方法中的摩根斯坦法计算出Z₁，Z₂，......Z_N相应的安全系数Fs₁,Fs₂,……,Fs_N，按<<建筑边坡工程技术规范GB50330-20313>>确定最小安全系数P值，若Fs_i<P，则称Z_i为失效样本，如此重复进行判断，共获取m个失效样本，计算加固边坡失效概率P_fi＝m/N。

优选的，所述的步骤3中，重复步骤2计算出K₁,K₂,......K_M对应的加固边坡失效概率，分别记为P_f1，P_f2，P_f3，……,P_fM，利用(K_i，P_fi)，i＝1、2...M，绘制衰减系数与边坡失效概率关系曲线。

优选的，所述的步骤4中，通过改变锚杆失效根数，重复步骤2、3，得到不同锚杆失效根数时，衰减系数与边坡失效概率关系曲线，根据期望失效概率，锚杆失效根数，查询曲线确定锚杆衰减系数。

本发明一种确定锚杆衰减系数的新方法的有益效果为：本发明通过确定不同的锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数K_i设计值，通过计算获取衰减系数K_i与加固边坡失效概率关系曲线，最终可以根据期望失效概率有效确定锚杆的衰减系数。

附图说明

图1、本发明流程图；

图2、深圳假日广场深基坑边坡支护图；

图3、深圳假日广场地质柱状图；

图4、不同锚杆个数局部失效模型下衰减系数与失效概率变化曲线；

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种确定锚杆衰减系数的新方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1、建立加固边坡数学模型，确定一系列锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值；

步骤2、在某一衰减系数下，计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f；

步骤3、反复重复步骤2，获取一系列衰减系数与加固边坡失效概率P_f的关系曲线；

步骤4、根据期望失效概率确定锚杆的衰减系数；

如图1所示，所述的步骤1中，通过选定锚杆失效根数，在规定范围0≤K_i≤1内，确定M个锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值K₁,K₂,......K_M；

如图1所示，所述的步骤2中，将边坡土体参数黏聚力c和内摩擦角φ视为随机变量来模拟土层参数的不确定性，利用蒙特卡罗抽样方法产生一系列抽样样本，利用极限平衡方法的摩根斯坦法求出对应的安全系数，进而利用边坡安全系数小于某一规定值确定失效样本，汇总计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f；

如图1所示，所述的步骤2中，在衰减系数值K_i下，根据锚杆失效根数，在所有施加锚杆中随机选择失效锚杆，基于失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的初始值F₀和K_i确定失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的计算值F＝F₀×K_i，将边坡土体参数黏聚力c、内摩擦角φ、视为随机变量，利用Matlab软件产生N个样本Z₁，Z₂，......Z_N，基于极限平衡方法中的摩根斯坦法计算出Z₁，Z₂，......Z_N相应的安全系数Fs₁,Fs₂,……,Fs_N，按<<建筑边坡工程技术规范GB50330-20313>>确定最小安全系数P值，若Fs_i<P，则称Z_i为失效样本，如此重复进行判断，共获取m个失效样本，计算加固边坡失效概率P_fi＝m/N；

如图1所示，所述的步骤3中，重复步骤2计算出K₁,K₂,......K_M对应的加固边坡失效概率，分别记为P_f1，P_f2，P_f3，……,P_fM，利用(K_i，P_fi)，i＝1、2...M，绘制衰减系数与边坡失效概率关系曲线；

如图1所示，所述的步骤4中，通过改变锚杆失效根数，重复步骤2、3，得到不同锚杆失效根数时，衰减系数与边坡失效概率关系曲线，根据期望失效概率，锚杆失效根数，查询曲线确定锚杆衰减系数。

下面结合图2进行实例说明：

该边坡坡高14.35m，坡面水平投影长4m，坡角75.5°，边坡坡率为1：0.28，场地地层由人工素填土层、坡洪积层、残积层和燕山期基岩组成，第一层素填土粘聚力c为10kPa、内摩擦角φ为8°、容重γ为1.96kN/m³；第二层粉质黏土粘聚力c为24.9kPa、内摩擦角φ为20°、容重γ为1.96kN/m³，第三层花岗岩粘聚力c为160kPa、内摩擦角φ为35°、容重γ为2.60kN/m³。

采用本发明提出的新方法进行计算的步骤如下:

利用Geo-studio软件中Slope/w模块建立边坡数值模型，本工程共施加4根锚杆，锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的初始值F₀＝70kPa，设定衰减系数K₁＝0,K₂＝0.1,K₃＝0.3,K₄＝0.5,K₅＝0.7,K₆＝0.9,K₇＝1.0，首先选定锚杆失效根数为1，从四根锚杆中随机选择一根作为失效锚杆，利用F₀与衰减系数值K₁计算失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的计算值F＝70×0＝0，将三层边坡土体参数黏聚力c、内摩擦角φ视为服从对数正态分布的随机变量，变异系数均为0.3，重度保持不变，基于随机方法利用Matlab软件产生N＝2000个土体参数样本Z₁,Z₂,……,Z₂₀₀₀，利用极限平衡方法中的摩根斯坦法计算Z₁,Z₂,……,Z₂₀₀₀对应2000个安全系数Fs_i，i＝1，2，……，2000；按<<建筑边坡工程技术规范GB50330-20313>>确定P＝1.0，若安全系数Fs_i<1，则认为Z_i为失效样本，共统计失效样本个数为m，则衰减系数K₁时边坡的失效概率P_f为m与2000之比；重复计算，可得到不同衰减系数下，加固边坡的失效概率值；通过改变锚杆失效根数为2根、3根，重复上述计算过程，可以得到一根、两根和三根锚杆失效下不同衰减系数对应的失效概率曲线；

如图4所示：

一根锚杆局部失效边坡失效概率分别是：

P_f1＝21.4％，P_f2＝21.1％，P_f3＝17.9％，P_f4＝17.8％，P_f5＝13.4％，P_f6＝13％，P_f7＝12.1％；

两根锚杆局部失效边坡失效概率分别是：

P_f1＝34.2％，P_f2＝31.1％，P_f3＝25％，P_f4＝23.2％，P_f5＝17.2％，P_f6＝12.4％，P_f7＝12.1％；

三根锚杆局部失效边坡失效概率分别是：

P_f1＝56.7％，P_f2＝50.8％，P_f3＝41.2％，P_f4＝31.8％，P_f5＝24.6％，P_f6＝12.8％，P_f7＝12.1％；利用

(K_i，P_fi)，i＝1,2,3,......7绘制衰减系数与边坡失效概率关系曲线，根据期望失效概率，查询曲线，确定锚杆的衰减系数；譬如当期望失效概率为20％时，一根锚杆失效的衰减系数为0.17，两根锚杆失效的衰减系数为0.58，三根锚杆失效的衰减系数为0.78。

通过以上实施例与现有技术进行对比发现：已有研究成果主要集中于锚固体强度特性和锚杆时变性对锚固系统的破坏概率的影响，而对锚杆不同衰减系数对边坡失效概率的影响研究涉及较少，通过计算获得各个衰减系数下的边坡失效概率，充分验证了衰减系数对边坡失效概率的影响。通过工程实例验证了随着衰减系数的增大，边坡的失效概率逐渐减小，最终可以根据期望失效概率来查询曲线确定衰减系数，通过实例对比分析验证了本发明的有效性。

Claims (6)

1.一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1、建立加固边坡数学模型，确定一系列锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值；

步骤2、在某一衰减系数下，计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f；

步骤3、反复重复步骤2，获取一系列衰减系数与加固边坡失效概率P_f的关系曲线；

步骤4、根据期望失效概率确定锚杆的衰减系数。

2.如权利要求1所述的一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：所述的步骤1中，通过选定锚杆失效根数，在规定范围0≤K_i≤1内，确定M个锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的衰减系数值K₁,K₂,......K_M。

3.如权利要求2所述的一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：所述的步骤2中，将边坡土体参数黏聚力c和内摩擦角φ视为随机变量来模拟土层参数的不确定性，利用蒙特卡罗抽样方法产生一系列抽样样本，利用极限平衡方法的摩根斯坦法求出对应的安全系数，进而利用边坡安全系数小于某一规定值确定失效样本，汇总计算该衰减系数对应的加固边坡失效概率P_f。

4.如权利要求3所述的一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：所述的步骤2中，在衰减系数值K_i下，根据锚杆失效根数，在所有施加锚杆中随机选择失效锚杆，基于失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的初始值F₀和K_i确定失效锚杆灌浆拔出面上单位表面摩擦力的计算值F＝F₀×K_i，将边坡土体参数黏聚力c、内摩擦角

视为随机变量，利用Matlab软件产生N个样本Z₁，Z₂，......Z_N，基于极限平衡方法中的摩根斯坦法计算出Z₁，Z₂，......Z_N相应的安全系数Fs₁,Fs₂,……,Fs_N，按<<建筑边坡工程技术规范GB50330-20313>>确定最小安全系数P值，若Fs_i<P，则称Z_i为失效样本，如此重复进行判断，共获取m个失效样本，计算加固边坡失效概率P_fi＝m/N。

5.如权利要求4所述的一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：所述的步骤3中，重复步骤2计算出K₁,K₂,......K_M对应的加固边坡失效概率，分别记为P_f1，P_f2，P_f3，……,P_fM，利用(K_i，P_fi)，i＝1、2...M，绘制衰减系数与边坡失效概率关系曲线。

6.如权利要求5所述的一种确定锚杆衰减系数的新方法，其特征为：所述的步骤4中，通过改变锚杆失效根数，重复步骤2、3，得到不同锚杆失效根数时，衰减系数与边坡失效概率关系曲线，根据期望失效概率，锚杆失效根数，查询曲线确定锚杆衰减系数。

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