CN113882441B - 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用 - Google Patents

一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113882441B
CN113882441B CN202111200746.3A CN202111200746A CN113882441B CN 113882441 B CN113882441 B CN 113882441B CN 202111200746 A CN202111200746 A CN 202111200746A CN 113882441 B CN113882441 B CN 113882441B
Authority
CN
China
Prior art keywords
earthquake
soil
early warning
slope
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111200746.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113882441A (zh
Inventor
姬建
张文梁
蔡易成
王涛
谢小磊
崔红志
廖文旺
宋健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN202111200746.3A priority Critical patent/CN113882441B/zh
Publication of CN113882441A publication Critical patent/CN113882441A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113882441B publication Critical patent/CN113882441B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/20—Securing of slopes or inclines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/20—Securing of slopes or inclines
    • E02D17/207—Securing of slopes or inclines with means incorporating sheet piles or piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/10—Deep foundations
    • E02D27/12—Pile foundations
    • E02D27/14—Pile framings, i.e. piles assembled to form the substructure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/10—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to calamitous events, e.g. tornados or earthquakes
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B31/00—Predictive alarm systems characterised by extrapolation or other computation using updated historic data

Abstract

本发明公开了一种墩柱‑桩‑土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用，在高陡边坡的桥墩桩基础和抗滑桩之间，在抗滑桩以上至坡顶位置、抗滑桩以下至坡脚等位置布置监测杆，通过监测杆上的水平加速度计、土压力盒和应变片测得土体的地震水平加速度、土压力和监测杆的弯矩值，再经由数据传输单元将数据传输到远程服务器，实时监控高陡边坡的稳定情况，通过地震发生报警单元和震后报警单元为管理人员提供预警。本发明对高陡边坡墩柱‑桩‑土基础相互作用下的复杂地质情况进行震后实时监控，成本低，服务寿命长、操作方便，能够有效评估高陡边坡复杂地下空间的地震稳定性。

Description

一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用
技术领域
本发明涉及边坡工程地震失稳预警领域，具体一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用。
背景技术
近十年以来，我国高速铁路迅猛发展，其网络规划密度不断向西部推进，不可避免地跨越河谷高陡边坡以及地质断层带等复杂地形，因此亟需针对跨高陡边坡地形的桥梁下部基础结构进行震后稳定性评估。
现有关于高陡边坡的稳定性分析主要集中在桥梁上部结构，对墩柱一桩-土结构耦合系统的失稳破坏分析比较少见，更未见考虑河谷边坡地形受到近场强震作用时，桥梁墩柱-桩-土基础的地震易损性研究。比如《一种基于雷达和红外线的高陡边坡监测系统及监测方法》(申请公布号：CN 108548497 A)通过雷达和红外线监测高陡边坡区域产生的坡面位移来判断边坡的稳定性，必须在位移发生后才能进行预警，且预报的精度不高，无法测量土体内部各点变形值。再比如《高陡边坡在地震及降雨作用下的稳定性研究系统》(申请公布号：CN 113092046 A)通过缩尺边坡模型振动台试验评估了地震降雨耦合作用下的高陡边坡稳定性，但没有考虑在墩柱-桩-土基础相互作用下的复杂地质情况的地震响应，模型的适用性有限，将其应用到现场评估和失稳预警还有一定距离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用，实时监控高陡边坡的震时和震后稳定情况，及时给管理人员做出预警提示，简单实用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用，包括如下步骤：
步骤1：在桥墩与桩间中点处、桩与坡顶中点处，以及桩与坡脚中点分别钻孔，并在钻孔位置安装设有检测元件的监测杆；
步骤2：数据传输单元将检测元件检测的水平加速度、桩间土的土压力和监测杆间的应变值实时发送到远程数据处理端；
步骤3：远程数据处理端基于水平加速度计算边坡位移值，基于监测杆间的应变值计算监测杆的弯矩；
步骤4：地震发生报警单元基于边坡位移值进行震时高陡边坡稳定性预警，震后报警单元通过监测杆的弯矩和桩间土的土压力进行联合预警公式的判断，通过联合预警公式的判断结果进行震后高陡边坡稳定性预警。
优选的，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：沿着顺坡向间隔钻孔，钻孔深度满足监测杆底座能够插入基岩，钻孔半径为监测杆的边长；
步骤1.2：钻孔后辅助插入中空锚杆支护，钻孔一节，支护一节；
步骤1.3：将设有检测元件的监测杆插入钻孔中，撤销中空锚杆支护；
步骤1.4：回填砂粒土密实因钻孔引起的杆与土间的缝隙，保障检测元件工作环境的稳定。
进一步的，步骤3中边坡位移值在地震发生时监测桩间土的水平加速度，绘制加速度、速度时程曲线，通过计算速度时程曲线与时间轴包围的面积得到边坡的位移值，再根据多个检测元件计算的结果选择最大值作为最终的位移值，具体的计算公式为：
Figure GDA0003577127950000021
其中，
Figure GDA0003577127950000022
为检测元件检测的水平加速度，ξ为折减系数，PGA为检测元件检测的水平加速度峰值，s为边坡的位移值，t表示地震持续时间，∫∫表示双重积分符号，d为微分符号。
进一步的，步骤3中监测杆的弯矩通过下述公式进行计算：
Figure GDA0003577127950000023
其中，M为杆受到的弯矩值，E为杆的弹性模量，I为杆的惯性矩，κ为杆身曲率，εt为杆的拉应变，εc为杆的压应变，h为杆的横截面厚度。
优选的，震时高陡边坡稳定性预警公式为：
Figure GDA0003577127950000024
Figure GDA0003577127950000031
Figure GDA0003577127950000032
Figure GDA0003577127950000033
其中，δ表示允许误差，为常数，k1表示边坡位移第一阈值，为常数，k2表示边坡位移第二阈值，为常数，k3表示边坡位移第三阈值，为常数，
①当公式(3)满足时，不进行震时高陡边坡稳定性预警；
②当公式(4)满足时，进行震时高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理；
③当公式(5)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的加固处理；
④当公式(6)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的封闭管理。
进一步的，震后高陡边坡稳定性预警包括：
①当土压力小于土体抗剪强度的80％，并且监测杆的弯矩值小于监测杆最大弯矩的30.85％时，高陡边坡处于稳定状态，不进行预警，即满足下述公式：
Figure GDA0003577127950000034
其中，V表示检测元件检测到的桩间土的土压力，T表示土体抗剪强度值，L表示监测杆最大弯矩值；
②当土压力介于土体抗剪强度的80％～95％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的30.85％～39.08％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理：
Figure GDA0003577127950000035
③当土压力介于土体抗剪强度的95％～120％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的39.08％～61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行加固处理：
Figure GDA0003577127950000036
④当土压力大于土体抗剪强度的120％，并且监测杆的弯矩值大于监测杆最大弯矩的61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性三级预警，提醒管理人员封闭路段管控处理：
Figure GDA0003577127950000041
本发明还提供一种应用墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置：
包括监测杆，所述监测杆包括矩形钢管和设置在所述矩形钢管顶部的顶帽，所述监测杆上设有若干检测元件，所述监测杆内设有数据传输单元，所述数据传输单元通过开通GPRS功能的SIM卡，将检测元件检测的水平加速度、桩间土的土压力和监测杆间的应变值实时发送到远程数据处理端。
优选的，所述检测元件包括：土压力盒、水平加速度计和应变片，每个潜在滑面上下对称设置一组检测元件，一组检测元件包括2个土压力盒、2个水平加速度计和4个应变片，其中潜在滑面为上层土与下层土的交界处，应变片靠近潜在滑面，土压力盒远离潜在滑面，水平加速度计设置在应变片和土压力盒之间。
进一步的，所述监测杆分别设置在靠近坡脚的抗滑桩与坡脚之间二分之一处，桥墩与靠近坡脚的抗滑桩之间二分之一处，上部的抗滑桩与坡顶二分之一处。
进一步的，所述应变片6上设有绝缘胶带。
本发明的有益效果包括：
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用，实时监控高陡边坡的震时和震后稳定情况，及时给管理人员做出预警提示，简单实用。
(1)本发明根据复杂地质情况下的高陡边坡地震风险防范要求，提供了一种在墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，具体在桩间、桩前和桩后土体中分别布置监测杆，通过监测的土压力反映土体抗剪强度，通过应变转化为杆的弯矩来反映土体内部变形情况。
(2)本发明两种方法联合预警能够有效地对高陡边坡震后稳定性进行半定量评估；同时通过地震水平加速度反映边坡永久位移，监控高陡边坡地震发生过程中的稳定性情况，弥补了复杂地质情况下的高陡边坡缺少失稳预警监测手段的不足。
(3)本发明方法和装置简单，容易实现，可在远程监控边坡地震稳定性，利于推广应用。
(4)本发明对高陡边坡墩柱-桩-土基础相互作用下的复杂地质情况进行震后实时监控，成本低，服务寿命长、操作方便，能够有效评估高陡边坡复杂地下空间的地震稳定性。
附图说明
图1为本发明的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法流程图框架框架；
图2为一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的联合预警图；
图3为本发明应用一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的现场立面布置图；
图4为本发明应用一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的监测杆的轴测图。
1-顶帽；2-数据传输单元；3-矩形钢管；4-土压力盒；5-水平加速度计；6-应变片；7-抗滑桩；
8-桥墩；9-承台；10-桩基；11-潜在滑面。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用作进一步详细说明。
实施例1
一种墩柱-桩-土相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：地质勘探或调研地质报告，确定不同土层的土性参数。
步骤1.1：主要确定不同土层的黏聚力、内摩擦角和土的重度等；
步骤1.2：可计算监测杆上不同位置土的抗剪强度，比较土压力盒测得的土压力，用于步骤7.1判定震后高陡边坡的稳定性；
首先进行地质勘探或调研地质勘查报告，分析不同土质的土层深度，得到不同土质的粘聚力和内摩擦角抗剪强度指标。本发明一优选实施例中以粉质黏土与细角砾土分界面确定为潜在滑面11，粉质黏土黏聚力15.3kPa，内摩擦角19.2°,重度γ1＝19kN/m3；细角砾土黏聚力为0kPa，内摩擦角为34°,重度γ2＝21kN/m3；基岩黏聚力为18MPa，内摩擦角为40°，重度γ3＝23kN/m3，弹性模量E＝19Gpa，静止侧压力系数均为0.5。
步骤2：确定钻孔点位置和潜在滑面深度。
步骤2.1：钻孔位置一般选择桥墩与桩间中点处、桩与坡顶中点处和桩与坡脚中点处。
步骤2.2：高陡边坡一般强调高与陡两个方面，一般指垂直高度不小于20m，坡面倾角不小于30°的边坡。对于地震作用下的非均质层状高陡边坡，土层交界面为软弱面，滑坡体一般在坡脚处滑出，可将表层土与下层土交界处判定为潜在滑面，需要在不同钻孔位置的监测杆相应的潜在滑面深度附近加密布置检测元件，具体需要在监测杆上标定相应的潜在滑面位置，在该位置上下对称布置应变片和土压力盒。
优选的，选定下部抗滑桩7与坡脚之间二分之一处，桥墩8及其桩基础10与下部抗滑桩7之间二分之一处，上部抗滑桩7与坡顶二分之一处分别为钻孔点位置，钻孔深度大于潜在滑面深度并略微大于细角砾土层深度，如图3所示。
优选的，从坡顶向坡脚方向间隔钻孔，钻孔半径30cm，深度视土层厚度情况而定，钻进速度不宜过快，每钻进2～3m注意垂直度校正。然后辅助插入中空锚杆支护，钻孔一节，支护一节。
步骤3：沿着顺坡向间隔钻孔，并辅助中空锚杆支护。
步骤3.1：钻孔深度需要满足监测杆底座能够插入基岩，钻孔半径为监测杆的边长。
步骤3.2：钻孔后辅助插入中空锚杆支护，钻孔一节，支护一节。
步骤4：将矩形监测杆插入孔中，撤销中空锚杆。
步骤5：回填砂粒土密实因钻孔引起的杆与土间的缝隙，保障检测元件工作环境的稳定。本发明一优选实施例中将回填粒径2～0.075mm的砂粒土密实杆与土间缝隙。
步骤6：启动插入SIM卡的数据传输单元并通过其将实测数据发送到远程数据处理端。
步骤7：远程数据处理端可将实测数据进行处理，其中水平加速度计主要监测地震发生时的高陡边坡稳定性情况，土压力盒与应变片监测的数据可通过联合预警法判断震后高陡边坡稳定性情况，具体情况如下。
步骤7.1：水平加速度计可在地震发生时监测桩间土的水平地震加速度，绘制加速度、速度时程曲线，通过计算速度时程曲线与横轴包围的面积得到边坡的位移值，再根据多个检测元件计算的结果选择最大值作为最终的位移值，具体计算公式为：
Figure GDA0003577127950000071
其中，
Figure GDA0003577127950000072
为检测元件检测的水平加速度，ξ为折减系数，此处选择为0.25，PGA为检测元件检测的水平加速度峰值，s为边坡的位移值，t表示地震持续时间，∫∫表示双重积分符号，d为微分符号。
震时高陡边坡稳定性预警公式为：
Figure GDA0003577127950000073
Figure GDA0003577127950000074
Figure GDA0003577127950000075
Figure GDA0003577127950000076
其中，δ表示允许误差，为常数，k1表示边坡位移第一阈值，为常数，k2表示边坡位移第二阈值，为常数，k3表示边坡位移第三阈值，为常数，
①当公式(3)满足时，不进行震时高陡边坡稳定性预警；
②当公式(4)满足时，进行震时高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理；
③当公式(5)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的加固处理；
④当公式(6)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的封闭管理。
优选，k1＝15cm，k2＝35cm，k3＝50cm。以图3左起第一个检测杆为例，监测位移值达到15cm时，开始预警，需要开始关注；监测位移值达到35cm时，开始预警；达到50cm时边坡已发生破坏。
步骤7.2：联合预警法即通过土压力盒测得的土压力和应变片测得的弯矩值联合判定震后高陡边坡的稳定性。
联合预警法横纵坐标分别设置的三个阈值将整个高陡边坡的稳定性划分为四个区域，如图2所示。联合预警法通过判断数据点落在哪个区域可以进行高陡边坡的稳定性预警。Ⅰ区代表高陡边坡处于稳定状态；Ⅱ区代表开始预警，提示需要进行重点关注；Ⅲ区代表开始报警，提示需要进行加固；Ⅳ区代表需要封闭路段进行管控。
联合预警法，即震后高陡边坡稳定性预警包括：
①当土压力小于土体抗剪强度的80％，并且监测杆的弯矩值小于监测杆最大弯矩的30.85％时，高陡边坡处于稳定状态，不进行预警，即满足下述公式：
Figure GDA0003577127950000081
其中，V表示检测元件检测到的桩间土的土压力，T表示土体抗剪强度值，L表示监测杆最大弯矩值；
②当土压力介于土体抗剪强度的80％～95％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的30.85％～39.08％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理：
Figure GDA0003577127950000082
③当土压力介于土体抗剪强度的95％～120％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的39.08％～61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行加固处理：
Figure GDA0003577127950000091
④当土压力大于土体抗剪强度的120％，并且监测杆的弯矩值大于监测杆最大弯矩的61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性三级预警，提醒管理人员封闭路段管控处理：
Figure GDA0003577127950000092
其中，杆受到的弯矩M由应变片6测得的应变值转化而成，其具体计算公式如下：
M＝EIκ (11)
Figure GDA0003577127950000093
Figure GDA0003577127950000094
其中：M为杆受到的弯矩，E为杆的弹性模量，I为杆的惯性矩，κ为杆身曲率，εt为杆的拉应变，εc为杆的压应变，t为杆的横截面厚度。
本发明通过土压力盒4测得的土压力和应变片6转化为监测杆3的弯矩大小联合判定震后高陡边坡的稳定性，一优选实施例中，(以图3左起第一个检测杆为例)土压力盒在潜在滑面以上测得的土压力的三级阈值为：监测杆在粉质黏土的土压力达到土体抗剪强度的80％(19.77kPa)、监测杆测得的土压力达到粉质黏土抗剪强度的95％(23.47kPa)、监测杆测得的土压力达到粉质黏土抗剪强度的120％(29.65kPa)。本发明一优选实例中，矩形监测杆的截面厚度t＝0.015m，弹性模量E＝1.95MPa，惯性矩为I＝0.000232133m4，依据所述公式计算潜在滑面附近测点弯矩，对应的三级阈值分别为：测点应变量εt-εc＝0.047269369，测点弯矩达到最大弯矩的30.85％(M1＝1426.46N·M)；应变量εt-εc＝0.059874534，测点弯矩达到最大弯矩的39.08％(M2＝1806.85N·M)；应变量εt-εc＝0.094538738，测点弯矩达到最大弯矩的61.71％(M3＝2852.92N·M)。
联合预警法横纵坐标分别设置的三个阈值将整个高陡边坡的稳定性划分为四个区域，如图2所示。联合预警法通过判断数据点落在哪个区域可以进行高陡边坡的稳定性预警。Ⅰ区代表高陡边坡处于稳定状态；Ⅱ区代表开始预警，提示需要进行重点关注；Ⅲ区代表开始报警，提示需要进行加固；Ⅳ区代表需要封闭路段进行管控。
土压力对应的三级阈值分别为测得的土压力达到土体抗剪强度的80％、95％和120％。应变片转化为监测杆的弯矩大小判断震后边坡是否因其变形过大从而导致检测杆变形失效，应变片测到的数据依据所述公式处理转化为监测杆的弯矩值，其对应的三级阈值为潜在滑面附近测点弯矩分别达到杆最大弯矩的30.85％、39.08％和61.71％。
实施例2
如图3和图4所示，一种应用墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置，包括监测杆，所述监测杆包括矩形钢管3和设置在所述矩形钢管3顶部的顶帽1，所述监测杆上设有若干检测元件，所述监测杆内设有数据传输单元2，所述数据传输单元通过开通GPRS功能的SIM卡，将检测元件检测的水平加速度、桩间土的土压力和监测杆间的应变值实时发送到远程数据处理端。
优选的，所述检测元件包括：土压力盒4、水平加速度计5和应变片6，每个潜在滑面11上下对称设置一组检测元件，一组检测元件包括2个土压力盒4、2个水平加速度计5和4个应变片6，其中潜在滑面11为上层土与下层土的交界处，应变片6靠近潜在滑面11，土压力盒4远离潜在滑面11，水平加速度计5设置在应变片6和土压力盒4之间。所述土压力盒4在潜在滑面附近适当加密，采集桩间土的土压力值，通过测得的土压力值判定震后高陡边坡的稳定性。所述的水平加速度计5采集土间的水平加速度，得到地震荷载下土体的加速度时程曲线，通过永久位移值判断高陡边坡稳定性。
所述监测杆分别设置在靠近坡脚的抗滑桩7与坡脚之间二分之一处，桥墩8与靠近坡脚的抗滑桩7之间二分之一处，上部的抗滑桩7与坡顶二分之一处。所述桥墩8下设承台9，所述承台9的底部通过桩基10设置在高陡边坡上。所述的应变片6在矩形监测杆两侧沿高度方向间隔一定距离对称黏贴，并用绝缘胶带绝缘，采集监测杆间的应变值。
所述矩形钢管3采用低碳合金钢，由Q345钢板卷焊制成，强度高，韧性好。尺寸300mm×300mm，厚15mm，长度视具体埋置深度而定，必要时进行拼接。
所述顶帽1安装在矩形钢管3的顶部，顶帽1内部放置数据传输单元2。
所述数据传输单元2使用AWT100无线通信终端，可实现数据自动采集，SIM卡电压3V。采用4G网络通讯，下行最大传输速率3.1Mbpas，上行最大传输速率1.8Mbpas，工作电压25Vm，可耐受-10℃～55℃工作温度，工作稳定性良好。
所述土压力盒4为XHZ-402型，测量量程0.2MPa。分辨率≤0.05％F.S，尺寸Φ28×13m m。固定在矩形钢管3的两侧，位置对称且高度保持一致。
所述水平加速度计5使用MK920型三轴可选加速度计，体积Φ120mm×30mm，工作电压9V，精度0.001g，测量范围0～±2g。其体积小，功耗低，结构固定，输出稳定，固定在轻质铁盒内，同时固定在矩形钢管3的两侧，位置对称且高度保持一致。
所述应变片6尺寸为3×10mm，电阻值118.5±2Ω，灵敏度系数2.097±0.57％，竖向对称粘贴在矩形钢管3两侧，并用硅胶隔离绝缘。固定在矩形钢管3的两侧，位置对称且高度保持一致。
所述仪器设备线路均在矩形钢管3的内部布置走线。
本发明的目的在于弥补上述复杂地质情况下的高陡边坡缺少失稳预警监测手段的不足，提供一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法及其应用，其具有更好的实用性，其在高陡边坡的桥墩桩基础和抗滑桩之间，在抗滑桩以上坡顶位置、抗滑桩以下坡脚位置布置监测杆，通过监测杆上的水平加速度计、土压力盒和应变片测得土体的地震水平加速度、土压力和监测杆的弯矩值，再经由数据传输单元DTU将数据传输到远程服务器，通过设置相应的阈值实时监控高陡边坡的震后稳定情况。本发明能够迅速可靠地判断高陡边坡地震稳定性，为相关工程人员提供了一种有效的监测预警手段。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在桥墩与桩间中点处、桩与坡顶中点处，以及桩与坡脚中点分别钻孔，并在钻孔位置安装设有检测元件的监测杆；
步骤2：数据传输单元将检测元件检测的水平加速度、桩间土的土压力和监测杆间的应变值实时发送到远程数据处理端；
步骤3：远程数据处理端基于水平加速度计算边坡位移值，基于监测杆间的应变值计算监测杆的弯矩；
步骤4：地震发生报警单元基于边坡位移值进行震时高陡边坡稳定性预警，震后报警单元通过监测杆的弯矩和桩间土的土压力进行联合预警公式的判断，通过联合预警公式的判断结果进行震后高陡边坡稳定性预警；
其中，步骤3中边坡位移值在地震发生时监测桩间土的水平加速度，绘制加速度、速度时程曲线，通过计算速度时程曲线与时间轴包围的面积得到边坡的位移值，再根据多个检测元件计算的结果选择最大值作为最终的位移值，具体的计算公式为：
Figure FDA0003559630470000011
其中，
Figure FDA0003559630470000012
为检测元件检测的水平加速度，ξ为折减系数，PGA为检测元件检测的水平加速度峰值，s为边坡的位移值，t表示地震持续时间，∫∫表示双重积分符号，d为微分符号；
震时高陡边坡稳定性预警公式为：
Figure FDA0003559630470000013
Figure FDA0003559630470000014
Figure FDA0003559630470000015
Figure FDA0003559630470000016
其中，δ表示允许误差，为常数，k1表示边坡位移第一阈值，为常数，k2表示边坡位移第二阈值，为常数，k3表示边坡位移第三阈值，为常数，
①当公式(3)满足时，不进行震时高陡边坡稳定性预警；
②当公式(4)满足时，进行震时高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理；
③当公式(5)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的加固处理；
④当公式(6)满足时，进行震时高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行边坡的封闭管理。
2.根据权利要求1所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：沿着顺坡向间隔钻孔，钻孔深度满足监测杆底座能够插入基岩，钻孔半径为监测杆的边长；
步骤1.2：钻孔后辅助插入中空锚杆支护，钻孔一节，支护一节；
步骤1.3：将设有检测元件的监测杆插入钻孔中，撤销中空锚杆支护；
步骤1.4：回填砂粒土密实因钻孔引起的杆与土间的缝隙，保障检测元件工作环境的稳定。
3.根据权利要求1所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，其特征在于，步骤3中监测杆的弯矩通过下述公式进行计算：
Figure FDA0003559630470000021
其中，M为杆受到的弯矩值，E为杆的弹性模量，I为杆的惯性矩，κ为杆身曲率，εt为杆的拉应变，εc为杆的压应变，h为杆的横截面厚度。
4.根据权利要求1所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法，其特征在于，震后高陡边坡稳定性预警包括：
①当土压力小于土体抗剪强度的80％，并且监测杆的弯矩值小于监测杆最大弯矩的30.85％时，高陡边坡处于稳定状态，不进行预警，即满足下述公式：
Figure FDA0003559630470000022
其中，V表示检测元件检测到的桩间土的土压力，T表示土体抗剪强度值，L表示监测杆最大弯矩值；
②当土压力介于土体抗剪强度的80％～95％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的30.85％～39.08％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性一级预警，提醒管理人员进行关注处理：
Figure FDA0003559630470000031
③当土压力介于土体抗剪强度的95％～120％，并且监测杆的弯矩值介于监测杆最大弯矩的39.08％～61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性二级预警，提醒管理人员进行加固处理：
Figure FDA0003559630470000032
④当土压力大于土体抗剪强度的120％，并且监测杆的弯矩值大于监测杆最大弯矩的61.71％，既满足下述公式时，进行震后高陡边坡稳定性三级预警，提醒管理人员封闭路段管控处理：
Figure FDA0003559630470000033
5.应用权利要求1-4任一所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置，其特征在于：
包括监测杆，所述监测杆包括矩形钢管(3)和设置在所述矩形钢管(3)顶部的顶帽(1)，所述监测杆上设有若干检测元件，所述监测杆内设有数据传输单元(2)，所述数据传输单元通过开通GPRS功能的SIM卡，将检测元件检测的水平加速度、桩间土的土压力和监测杆间的应变值实时发送到远程数据处理端。
6.基于权利要求5所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置，其特征在于：
所述检测元件包括：土压力盒(4)、水平加速度计(5)和应变片(6)，每个潜在滑面(11)上下对称设置一组检测元件，一组检测元件包括2个土压力盒(4)、2个水平加速度计(5)和4个应变片(6)，其中潜在滑面(11)为上层土与下层土的交界处，应变片(6)靠近潜在滑面(11)，土压力盒(4)远离潜在滑面(11)，水平加速度计(5)设置在应变片(6)和土压力盒(4)之间。
7.基于权利要求6所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置，其特征在于：
所述监测杆分别设置在靠近坡脚的抗滑桩(7)与坡脚之间二分之一处，桥墩(8)与靠近坡脚的抗滑桩(7)之间二分之一处，上部的抗滑桩(7)与坡顶二分之一处。
8.基于权利要求7所述的一种墩柱-桩-土基础相互作用下的高陡边坡地震失稳预警方法的装置，其特征在于，所述应变片(6)上设有绝缘胶带。
CN202111200746.3A 2021-10-13 2021-10-13 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用 Active CN113882441B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111200746.3A CN113882441B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111200746.3A CN113882441B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113882441A CN113882441A (zh) 2022-01-04
CN113882441B true CN113882441B (zh) 2022-05-03

Family

ID=79002944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111200746.3A Active CN113882441B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113882441B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115015110B (zh) * 2022-06-23 2023-07-21 中交二航武汉港湾新材料有限公司 泡沫轻质土分层检测装置及检测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06101234A (ja) * 1992-01-08 1994-04-12 Ribaa Furonto Seibi Center 法面工法およびその法面工法による法面構造体
CN101718876A (zh) * 2009-11-13 2010-06-02 北京科技大学 一种基于岩土体应变状态突变的边坡稳定性监测及失稳预测方法
CN103424099A (zh) * 2013-08-26 2013-12-04 招商局重庆交通科研设计院有限公司 基于变形数据的边坡监测预警系统及方法
WO2016058643A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-21 Even Zohar Oshri Object, such as a building, provided with a system for preventing damage from earthquakes to the object
CN105974469A (zh) * 2016-06-30 2016-09-28 马克 岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法
CN206488815U (zh) * 2017-01-23 2017-09-12 中交二公局东萌工程有限公司 一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置
CN109706981A (zh) * 2018-12-29 2019-05-03 中铁二院工程集团有限责任公司 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统
CN111105600A (zh) * 2019-12-30 2020-05-05 中国公路工程咨询集团有限公司 基于降雨条件下路堑边坡稳定性动态监测预警系统及方法
CN111156041A (zh) * 2020-02-25 2020-05-15 山东科技大学 一种锚索通过松碎钻孔的安装方法
CN213399929U (zh) * 2020-11-26 2021-06-08 兰州理工大学 一种山体滑坡监测系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06101234A (ja) * 1992-01-08 1994-04-12 Ribaa Furonto Seibi Center 法面工法およびその法面工法による法面構造体
CN101718876A (zh) * 2009-11-13 2010-06-02 北京科技大学 一种基于岩土体应变状态突变的边坡稳定性监测及失稳预测方法
CN103424099A (zh) * 2013-08-26 2013-12-04 招商局重庆交通科研设计院有限公司 基于变形数据的边坡监测预警系统及方法
WO2016058643A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-21 Even Zohar Oshri Object, such as a building, provided with a system for preventing damage from earthquakes to the object
CN105974469A (zh) * 2016-06-30 2016-09-28 马克 岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法
CN206488815U (zh) * 2017-01-23 2017-09-12 中交二公局东萌工程有限公司 一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置
CN109706981A (zh) * 2018-12-29 2019-05-03 中铁二院工程集团有限责任公司 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统
CN111105600A (zh) * 2019-12-30 2020-05-05 中国公路工程咨询集团有限公司 基于降雨条件下路堑边坡稳定性动态监测预警系统及方法
CN111156041A (zh) * 2020-02-25 2020-05-15 山东科技大学 一种锚索通过松碎钻孔的安装方法
CN213399929U (zh) * 2020-11-26 2021-06-08 兰州理工大学 一种山体滑坡监测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113882441A (zh) 2022-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Motamed et al. Pile group response to liquefaction-induced lateral spreading: E-Defense large shake table test
Lehtonen et al. Full-scale embankment failure test under simulated train loading
CN104632244B (zh) 确定地面沉降对地铁隧道沉降影响及保护隧道结构的方法
CN113882441B (zh) 一种高陡边坡地震失稳预警方法及其应用
Robertson et al. Design of axially and laterally loaded piles using in situ tests: A case history
Miśkiewicz et al. Monitoring system of the road embankment
Snyder Full-scale lateral-load tests of a 3× 5 pile group in soft clays and silts
Cox et al. Axial load tests on 14-inch pipe piles in clay
Li et al. The anti sliding mechanism of adjacent pile-anchor structure considering traffic load on slope top
ISHII et al. Design of grid-wall soil improvement to mitigate soil liquefaction damage in residential areas in Urayasu
Jiang et al. Field monitoring of mechanically stabilized earth walls to investigate secondary reinforcement effects.
Wu et al. Shaking table test on the seismic responses of a slope reinforced by prestressed anchor cables and double-row antisliding piles
CN112748233A (zh) 一种地震作用下处置场场地稳定性模拟装置及方法
Kevan Full-scale testing of blast-induced liquefaction downdrag on driven piles in sand
CN106908032A (zh) 一种水泥土搅拌复合地基工后沉降预测的方法
Satyam Review on liquefaction hazard assessment
Lusvardi Blast-induced liquefaction and downdrag development on a micropile foundation
Weech Installation and load testing of helical piles in a sensitive fine-grained soil
Christie et al. Seismic analysis and ground improvement design for the PCT marine terminal at the Port of Alaska
Faeli et al. Hayward Bridge Geotechnical Array Soil Dynamic Properties
Umaru et al. Evaluation of Load-Settlement Probe Mechanisms: A Review
Alkahtani et al. Response of piers installed in sand near sloping ground under inclined loading
Chow et al. An Overview of Performance Monitoring for Drilled Full Displacement Type Rigid Inclusions under Highway Embankments
Taylor Full-scale-lateral-load test of a 1.2 m diameter drilled shaft in sand
Ibrahim et al. Evaluation of Load-Settlement Probe Mechanisms: A Review

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant