專利名稱：利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法，具體涉及一種利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法。本發(fā)明屬于巖土工程邊坡與滑坡地質(zhì)災(zāi)害評價防治技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在地質(zhì)滑坡治理工程中，滑坡抗滑樁空間位置和臨界深度兩者的同時確定是滑坡防治工程設(shè)計的首要條件并起著至關(guān)重要的作用，是滑坡防治工程成敗的重要關(guān)鍵因素。目前，滑坡抗滑樁空間位置和樁長的確定與設(shè)計方法一般有以下幾種:一是鉆探和物探確定法。此法以鉆探與物探為主要手段，通過勘察和鉆探確定滑坡坡體土層厚度，以此確定抗滑樁樁長的地質(zhì)勘察方法；二是極限平衡法，主要包括剩余推力法和改進的簡化Bishop法，假定滑坡坡體在剪切滑移帶已經(jīng)形成，通過假設(shè)滑移面計算穩(wěn)定性系數(shù)再確定絕對剛性抗滑樁體長度；三是利用有限元分析軟件進行數(shù)值模擬邊坡應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，引入巖土體破壞強度準則，建立理想彈塑性模型來確定最大位移變形場與圓弧形剪切滑移帶來確定抗滑樁空間位置和樁長。由以上分析方法可知，鉆探與物探確定法存在投資大、耗時長，且勘察過程中不可避免對滑坡坡體本身產(chǎn)生擾動破壞，因此很難完整勘探整個滑坡坡體區(qū)域下土體的厚度，并且對抗滑樁的空間位置定位無法確定；極限平衡法需對樁土受力以及邊坡剪切滑移帶進行假定，滑移體本身也簡化為各向同性體，同時將邊坡穩(wěn)定性分析和抗滑力分開計算，使得計算過程繁瑣；有限元數(shù)值分析法確定抗滑樁空間位置和樁長是建立在確定合理的本構(gòu)關(guān)系和準確的土層物理力學(xué)參數(shù)明確已知的條件下，而且由于取樣和試驗條件的限制很難獲取準確的巖土體物理力學(xué)參數(shù)，難以真實反映滑坡坡體實際情況，其結(jié)果容易受到上述因素及有限元軟件“黑箱子”和人為因素影響而產(chǎn)生較大誤差，并且還存在計算過程繁瑣、計算量大和計算時間長等局限性問題，其方法大多停留在確定模糊位移場上，所求位移并不能代表滑坡真實位移變化，無法有效確定整個滑坡坡體區(qū)域的抗滑樁空間位置和樁長，同時樁長的確定難以保證其合理性。以上方法在確定抗滑樁樁位與臨界深度上均是以滑坡坡體力學(xué)分析與評價為基礎(chǔ)和前提條件的，所以在某種程度上均存在上述力學(xué)分析與評價法的局限和不足，因此，尋找和利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁空間位置和臨界深度的方法具有很重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法，適用于堆積層滑坡抗滑樁樁位和臨界深度的確定與設(shè)計。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:—種利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法，步驟如下:( I)針對待治理邊坡地質(zhì)進行調(diào)查分析與評價，確定滑坡坡體區(qū)域；
(2)坡體網(wǎng)格劃分及位移監(jiān)測點位置選取:對滑坡坡體區(qū)域進行m*n方形網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小按照實際坡體大小確定，其中，m、n均為大于等于3的整數(shù)，m為網(wǎng)格縱向等間距劃分線數(shù)，即研究坡體剖面下二維剪切滑移帶曲線形狀對應(yīng)的線數(shù)為網(wǎng)格橫向等間距劃分線數(shù)；位移監(jiān)測點由若干個位移監(jiān)測基準點和位移變形監(jiān)測點組成，位移監(jiān)測基準點設(shè)為Hx，X為大于等于3的整數(shù)，設(shè)定在監(jiān)測滑坡坡體以外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng)；滑坡位移變形監(jiān)測點布置在滑坡坡體區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格線交點上，位移變形監(jiān)測點編號以矩陣形式F(ij表示，其中，1、j均為整數(shù)，i = Γη, j =分別為邊坡沖溝周界由左到右、從后緣拉張破裂壁到前緣剪出口依次計數(shù)；(3)監(jiān)測設(shè)備安裝及位移監(jiān)測:根據(jù)步驟(2)對應(yīng)安裝位移變形監(jiān)測點的無線監(jiān)測設(shè)備及位移監(jiān)測基準點的監(jiān)測設(shè)備，使埋設(shè)的監(jiān)測設(shè)備與滑坡表層緊密耦合，設(shè)備之間相互獨立，互不干涉，監(jiān)測每個監(jiān)測點水平、垂直位移變化值；(4)確定滑坡位移每個監(jiān)測點合成總位移值S(ij與垂直位移方向率；(5)確定滑坡失穩(wěn)性質(zhì)與抗滑樁空間加固位置；(6)確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度:利用垂直位移方向率確定坡體剖面剪切滑移帶形狀曲線，并確定真實二維剪切滑移帶曲線I1...Yj...ym，共得到m個曲線，運用所得剪切滑移帶曲線確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度；(7)確定滑坡抗滑樁樁長；(8)抗滑樁的信息化施工。

所述步驟(I)具體方法是:對滑坡前緣剪出口、后緣拉張破裂壁、邊坡沖溝周界三個滑坡要素進行測繪和測量，確定前緣剪出口、后緣拉張破裂壁展布位置與深度，進而確定滑坡坡體區(qū)域。所述步驟(3)還包括利用戶外數(shù)據(jù)收集裝置數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街悄苓h程監(jiān)測站，對傳輸數(shù)據(jù)利用Microsoft Office Excel初步處理分析,并錄入Excel表格。所述步驟(4)包括:(41)利用步驟(3)中監(jiān)測數(shù)據(jù)確定每個監(jiān)測點的合成總位移值，并建立表格；(42)定義垂直位移方向率為監(jiān)測點的垂直累計位移與水平累計位移之比。所述步驟(5)的具體方法是:(51)由j列中相鄰兩點位移變形監(jiān)測點的合成總位移值得出如下關(guān)系:①合成總位移值S(i, pS(i+1, β:表明滑坡坡體后緣變形大于滑坡前緣變形，即滑坡坡體后緣處于拉伸狀態(tài)，滑坡前緣處于擠壓狀態(tài)，索錮段位置處于滑坡坡體前緣，此滑坡為推移式滑坡，抗滑樁空間加固位置確定在滑坡坡體中后緣位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)；②合成總位移值S(i, j〈S(i+1, j0:表明滑坡坡體后緣變形小于滑坡前緣變形，即滑坡坡體后緣處于擠壓狀態(tài)，滑坡前緣處于拉伸狀態(tài)，索錮段位置處于滑坡坡體后緣，此滑坡為牽引式滑坡，抗滑樁空間加固位置確定在滑坡坡體中前緣位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)；③合成總位移值S(M) ^ S(ij:表明滑坡坡體后緣變形與滑坡前緣變形相差不多，即表明滑坡坡體為均勻整體變形，為整體平移式滑坡，抗滑樁空間加固位置宜在滑坡坡體位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)均勻布置；(52)結(jié)合步驟(51)比較各列合成總位移值，確定該監(jiān)測滑坡失穩(wěn)性質(zhì)，即推移式滑坡或者牽引式滑坡或者整體平移式滑坡，以此確定抗滑樁總空間加固區(qū)域與位置。
所述步驟(6)中的坡體剖面剪切滑移帶形狀曲線具體包括:①、確定滑坡剪切帶初始回歸方程、確定初始增量、迭代求解、求二次增量、確定二維剪切滑移帶曲線。具體過程如下:①、確定滑坡剪切帶初始回歸方程用監(jiān)測點的位移方向率代替二維剪切滑移帶曲線斜率，即以坡面某監(jiān)測點的位移方向率代替其垂直下方二維剪切滑移帶處曲線斜率，求得初始回歸方程:Yj' = !^+R2X+! -2+...(a)式中:y/代表j列網(wǎng)格線下二維剪切滑移帶斜率；x為相應(yīng)點的橫坐標；將j列網(wǎng)格線上監(jiān)測點的橫坐標數(shù)據(jù)帶入公式(a)，利用最小二乘法回歸求出上式(a)中未知系數(shù)R1、R2…之值，得剪切滑移帶初始方程:
權(quán)利要求
1.一種利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法，其特征在于，步驟如下: (1)針對待治理邊坡地質(zhì)進行調(diào)查分析與評價，確定滑坡坡體區(qū)域； (2)坡體網(wǎng)格劃分及位移監(jiān)測點位置選取:對滑坡坡體區(qū)域進行m*n方形網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小按照實際坡體大小確定，其中，m、η均為大于等于3的整數(shù)，m為網(wǎng)格縱向等間距劃分線數(shù)，即研究坡體剖面下二維剪切滑移帶曲線形狀對應(yīng)的線數(shù)；n為網(wǎng)格橫向等間距劃分線數(shù)；位移監(jiān)測點由若干個位移監(jiān)測基準點和位移變形監(jiān)測點組成，位移監(jiān)測基準點設(shè)為K1Ix, X為大于等于3的整數(shù)，設(shè)定在監(jiān)測滑坡坡體以外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng)；滑坡位移變形監(jiān)測點布置在滑坡坡體區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格線交點上，位移變形監(jiān)測點編號以矩陣形SF(ij表示，其中，1、j為整數(shù)，i = Γη, j = Γπι, 1、j分別為邊坡沖溝周界由左到右、從后緣拉張破裂壁到前緣剪出口依次計數(shù)； (3)監(jiān)測設(shè)備安裝及位移監(jiān)測:根據(jù)步驟(2)對應(yīng)安裝位移變形監(jiān)測點的無線監(jiān)測設(shè)備及位移監(jiān)測基準點的監(jiān)測設(shè)備，使埋設(shè)的監(jiān)測設(shè)備與滑坡表層緊密耦合，設(shè)備之間相互獨立，互不干涉，監(jiān)測每個監(jiān)測點水平、垂直位移變化值； (4)確定滑坡位移每個監(jiān)測點合成總位移值S(ij與垂直位移方向率； (5)確定滑坡失穩(wěn)性質(zhì)與抗滑樁空間加固位置； (6)確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度:利用垂直位移方向率確定坡體剖面剪切滑移帶形狀曲線，并確定真實二維剪切滑移帶曲線Y1...Yj-..ym，共得到m個曲線，運用所得剪切滑移帶曲線確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度； (7)確定滑坡抗滑樁樁長； (8)抗滑樁的信息化施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)具體方法是:對滑坡前緣剪出口、后緣拉張破裂壁、邊坡沖溝周界三個滑坡要素進行測繪和測量，確定前緣剪出口、后緣拉張破裂壁展布位置與深度，進而確定滑坡坡體區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)還包括利用戶外數(shù)據(jù)收集裝置數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街悄苓h程監(jiān)測站，對傳輸數(shù)據(jù)利用Microsoft OfficeExcel初步處理分析,并錄入Excel表格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括: (41)利用步驟( 3)中監(jiān)測數(shù)據(jù)確定每個監(jiān)測點的合成總位移值，并建立表格； (42)定義垂直位移方向率為監(jiān)測點的垂直累計位移與水平累計位移之比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)的具體方法是: (51)由j列中相鄰兩點位移變形監(jiān)測點的合成總位移值得出如下關(guān)系: ①合成總位移值S(i,j>S(i+1, β:表明滑坡坡體后緣變形大于滑坡前緣變形，即滑坡坡體后緣處于拉伸狀態(tài)，滑坡前緣處于擠壓狀態(tài)，索錮段位置處于滑坡坡體前緣，此滑坡為推移式滑坡，抗滑樁空間加固位置確定在滑坡坡體中后緣位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)； ②合成總位移值S(i,a〈S(i+1, j0:表明滑坡坡體后緣變形小于滑坡前緣變形，即滑坡坡體后緣處于擠壓狀態(tài)，滑坡前緣處于拉伸狀態(tài)，索錮段位置處于滑坡坡體后緣緣，此滑坡為牽引式滑坡，抗滑樁空間加固位置確定在滑坡坡體中前緣位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)； ③合成總位移值S(ij^ S(ij:表明滑坡坡體后緣變形與滑坡前緣變形相差不多，即表明滑坡坡體為均勻整體變形，為整體平移式滑坡，抗滑樁空間加固位置宜在滑坡坡體位移變形監(jiān)測點范圍內(nèi)均勻布置； (52)結(jié)合步驟(51)比較各列合成總位移值，確定該監(jiān)測滑坡失穩(wěn)性質(zhì)，即推移式滑坡或者牽引式滑坡或者整體平移式滑坡，以此確定抗滑樁總空間加固區(qū)域與位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中的坡體剖面剪切滑移帶形狀曲線具體包括:①、確定滑坡剪切帶初始回歸方程、確定初始增量、迭代求解；④、求二次增量、確定二維剪切滑移帶曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)利用垂直位移方向率確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度采用如下方法求取:因 坡體表面上任一監(jiān)測點向滑坡內(nèi)部作豎直垂線可以在初始剪切滑移帶上找到相應(yīng)的一點，使監(jiān)測點附近的坡體沿著這兩點切線方向滑動，在這兩點間無相對位移，監(jiān)測點與垂直下方對應(yīng)點附近的坡體沿著與兩點連線的垂直方向滑動，在其連線上沒有位移；則可根據(jù)滑坡位移監(jiān)測點位置選擇滑坡網(wǎng)格線j所處的剖面建立坐標系，選擇滑體后緣起始破裂壁為坐標原點，確定坡面網(wǎng)格線j列位移監(jiān)測點坐標F(ij (x, y)，并與步驟(4)中位移監(jiān)測點的垂直位移方向率一一對應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(7)具體方法是:計算滑移坡面到其垂直下方剪切滑移帶位置差值，得到監(jiān)測坡體的剪切滑移帶厚度，即坡體剪切滑移帶臨界深度八氏；再按照021'0219-2006《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》的要求或者地區(qū)性規(guī)范規(guī)定，確定抗滑樁入巖深度Iii = (1/3-2/5)Η，則可以確定抗滑樁總的樁長，即H =Δ Hfhi ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(8)具體方法是:按照DZT0219-2006《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》的要求或者地區(qū)性規(guī)范規(guī)定，利用所得的抗滑樁空間位置布置和樁長進行信息化施工，施工完成后，繼續(xù)利用位移監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測滑坡的位移變形，以便評價滑坡抗滑樁設(shè)計的有效性；若施工后滑坡坡體位移變化符合相關(guān)變形規(guī)范要求，則認為抗滑樁設(shè)計成功；若施工后滑坡坡體位移變化有繼續(xù)增大趨勢，則需重新進行抗滑樁加密等措施重新優(yōu)化和治理此滑坡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用位移監(jiān)測同時確定抗滑樁樁位和臨界深度的方法，適用于堆積層滑坡抗滑樁樁位和臨界深度的確定與設(shè)計。步驟如下(1)針對待治理邊坡地質(zhì)進行調(diào)查分析與評價，確定滑坡坡體區(qū)域；(2)坡體網(wǎng)格劃分及位移監(jiān)測點位置選取；(3)監(jiān)測設(shè)備安裝及位移監(jiān)測；(4)確定滑坡位移每個監(jiān)測點合成總位移值S(i，j)與垂直位移方向率；(5)確定滑坡失穩(wěn)性質(zhì)與抗滑樁空間加固位置；(6)確定滑坡坡體剪切滑移帶臨界深度；(7)確定滑坡抗滑樁樁長；(8)抗滑樁的信息化施工。本發(fā)明投資成本少，設(shè)計原理可靠，位置確定精度高，簡便快捷，易于實施，工程應(yīng)用性強。
文檔編號G06F17/50GK103150421SQ20131004198
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者賀可強, 王榮魯, 郭宗河, 李增濤, 王海艇 申請人:青島理工大學(xué)