顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法技术

本发明专利技术涉及一种岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，尤其涉及一种顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其属于岩质边坡稳定性评价与滑坡加固及防治领域。一种顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，步骤一：确定待加固边坡基本形态要素与物理力学参数，步骤二：确定岩体边坡整体稳定性系数，步骤三：确定岩体边坡稳定性修正系数，步骤四：确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值，步骤五：确定岩体边坡预应力锚杆最优入射角，步骤六：确定岩体锚杆合理锚固长度。本发明专利技术的有益效果是该方法不仅可以准确的测定出锚杆入射角度和锚固体半径以及锚固长度，而且运用该方法设计预应力锚杆更为经济、合理与安全。

【技术实现步骤摘要】
顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法
本专利技术涉及一种岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，尤其涉及一种顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其属于岩质边坡稳定性评价与滑坡加固及防治领域。
技术介绍
滑坡作为我国严重的地质灾害之一，具有极大的危害性和破坏性，给我国带来巨大的经济财产损失，且对建筑工程与人民生命安全造成严重威胁。其中，岩体滑坡是常见的一种危害较大的滑坡地质灾害，尤其是当岩体边坡有明显的结构面时，滑坡体极易沿着结构面滑动形成滑坡。因此，针对岩体边坡及时采取相应的防治措施并减小或根除岩体滑坡灾害的风险，在滑坡减灾防灾领域具有十分重要的科学意义和工程应用价值。根据岩体结构类型，岩体滑坡可划分为整体结构边坡、层状结构边坡、碎裂结构边坡和散体结构边坡四种不同类型。据统计，在岩体滑坡中较为常见的一种是碎裂结构边坡中的双滑动面边坡。顺向双滑动面边坡一般由两个倾向相同的结构面切割，上部滑动面的倾角一般大于下部滑动面的倾角，因其滑动结构面与边坡的倾向很少有完全一致或接近的地质条件，所以双滑移面边坡比单滑动面结构边坡出现的概率更高。针对顺向双滑移面岩体滑坡整体失稳规律与受力特点，锚杆支护是岩体滑坡加固最为常用和有效的一种加固方支护方法，其加固机理在该类边坡静力设计中已经比较成熟，且其施工比较简单，支护形式多样；此外锚杆还具有成本低、施工简便、易于生产等优点，而且锚杆的锚固段灌浆后，相比其他土质滑坡，岩质滑坡布设的锚杆会产生更好的锚固效果，并且预应力锚杆的出现使得锚杆在双滑移面岩体滑坡支护中得到了越来越广泛的应用。然而，目前预应力锚杆对双滑移面岩体滑坡的力学作用机理还比较模糊，还无法确定滑动体与锚杆之间准确的力学关系，也没有系统的方法判定滑动体上锚杆的布设倾角、直径、长度、锚杆提供的抗滑力的大小等。更重要的是，目前为止还没有比较统一的标准对双滑移面岩体滑坡的锚杆支护进行规范设计，所以现有方法无法准确的对双滑移面岩体滑坡锚杆支护方案与参数进行优化设计与施工。并且，对于双滑移面岩体滑坡，在不同的高程处滑动体的厚度也不一样，因此锚杆锚固段等长度的设计方法无疑不是最优的加固设计方案，因为对于不同滑动体所需要的锚固力是不同的，同一滑动体的顶部、中部和坡脚部分所需要的锚固力也是不同的，如果统一按照所需锚固力最大的位置来设计锚杆锚固长度，对于所需锚固力较小的部分无疑会造成浪费，同时在整个设计长度上也会造成极大的浪费。尽管目前的滑坡工程中也对坡顶和坡脚处的锚杆做了定性的缩短，但缺乏理论与设计依据。因此锚杆锚固段长度一成不变并不是最优的锚杆加固方案。为了保证边坡的稳定必然会过多的增加锚杆的数量与长度，从而造成加固工程成本与施工工期的增加和人力物力浪费。因此，建立和确定一种有效的双滑移面边坡锚杆加固优化设计方法，克服上述设计方法的局限与不足，在岩体边坡支护领域具有重要应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足，提供一种适用于顺向双滑移面平面破坏岩质滑坡预应力锚杆入射角度和锚固体半径以及锚固长度优化设计方法。针对传统锚杆加固设计方法所导致的加固工程成本高、施工工期长等缺陷，在预应力锚杆边坡加固机理分析与加固稳定性评价的基础上，对滑移面是两个顺向且都是平面的岩体边坡锚杆加固入射角度和锚固体半径以及锚固段长度进行了优化设计。首先利用垂直面过滑动面交线把滑坡体分为两块，上部滑坡体命名为滑坡体Ⅰ，下部滑坡体命名为滑坡体Ⅱ，通过考虑双滑移面都是平面的情况下，计算岩体滑坡整体稳定性系数Fs，并结合安全系数确定滑坡整体稳定性修正系数△FS，根据滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ重力产生的下滑力的比重确定滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ所承担的稳定性修正系数△FS1、△FS2，利用单根锚杆所承担的岩体重力的比重划分各单根锚杆所承担的稳定性修正系数和所需加固抗滑力，进而确定了单根锚杆加固预应力值与锚杆入射角度的函数关系式，利用极值分析确定了锚杆的最优入射角度，根据大量现场试验得到的数据分析确定锚杆临界锚固长度和合理锚固长度分别与锚固体半径的函数关系，利用《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB50086-2015)中的锚固力计算公式确定了各锚杆优化锚固体半径，并进而确定了各锚杆优化锚固段长度，通过分析确定锚杆由坡面到滑移面距离作为锚杆自由段长度，推导了锚杆自由段长度的计算公式，确定了0角度和设计长度对比，提出的设计方法优化了锚杆入射角度和锚固体半径以及锚杆设计长度，在边坡加固工程中具有良好的经济效益与实用价值。本专利技术的具体技术方案如下：步骤一：待加固边坡基本形态要素与物理力学参数的确定1)顺向双滑动面岩体边坡形态参数及基本物理力学参数的确定根据现行《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)对顺向双滑动面岩体边坡进行岩土工程勘查与现场原位试验，获取边坡形态参数：边坡和滑动面走向、倾向、边坡倾角β、滑动面倾角θ1′和θ2′、坡高H1和H2；边坡基本物理力学参数：滑动体的岩块摩擦角标准值和岩体重度γ、体积V1和V2、岩体的泊松比υs、岩体刚度Es、粘聚力c1和c2。同时在边坡坡体上取多个点，通过锚杆极限抗拔试验测出不同锚固体直径条件下锚杆锚固段长度和极限抗拔承载力值，并绘制锚杆锚固段长度和锚杆极限抗拔承载力值的关系曲线。2)顺向双滑动面岩体边坡滑坡体分界面的确定依据《边坡工程勘察规范》(YS5230—1996)对岩体边坡进行现场勘查与测绘，确定边坡双滑移结构面以及边坡坡面的产状。运用极射赤平投影法确定边坡面和两个结构面J1、J2的投影以及两结构面投影的交点I′，过交点I′做边坡坡面走向的平行线N′S′，以通过N′S′的垂直面作为分界面将滑坡体分为两块，上部滑坡体命名为滑坡体Ⅰ，下部滑坡体命名为滑坡体Ⅱ；将过N′S′的垂直分界面与边坡坡面的交线作为滑坡体Ⅰ和Ⅱ在边坡坡面上的分界线。3)顺向双滑动面沿边坡坡面倾向的真倾角θ1和θ2的确定根据上述现场勘查测绘与边坡极射赤平投影图确定的滑动面倾角θ1′和θ2′、边坡倾向和滑动面倾向的夹角δ1和δ2，计算滑动面沿边坡坡面倾向的真倾角θ1和θ2：步骤二：岩体边坡整体稳定性系数Fs的确定岩体等效内摩擦角可由步骤一确定的滑面岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表1所列的折减系数确定：表1边坡岩体内摩擦角折减系数根据极限平衡等K法利用公式(2-5)确定其整体稳定性系数Fs为：式中：G1、G2分别为滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ重力；分别为滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ岩体等效内摩擦角；θ1、θ2分别为滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ平面破坏滑动面倾角；l1、l2分别为滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ平面破坏滑动面长度；T′为滑坡体Ⅰ的剩余下滑推力。步骤三：岩体边坡稳定性修正系数的确定定义边坡整体稳定性修正系数△Fs为边坡安全系数K与边坡整体稳定性系数Fs的差值，即：△Fs＝K-Fs(6)根据公式(7-8)确定滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ稳定性修正系数：△Fs2＝△Fs-△Fs1(8)式中：△Fs—边坡整体稳定性修正系数；△Fs1、△Fs2—滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ稳定性修正系数；K—边坡安全系数，取值根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中表5.3.1，具体见下表2：表2边坡稳定安全系数步骤四：锚杆布设及锚杆加固抗滑力值的确定1)边坡锚杆布设间距的确定根据现行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，步骤一：确定待加固边坡基本形态要素与物理力学参数，步骤二：确定岩体边坡整体稳定性系数，步骤三：确定岩体边坡稳定性修正系数，步骤四：确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值，步骤五：确定岩体边坡预应力锚杆最优入射角，步骤六：确定岩体锚杆合理锚固长度，步骤七：确定预应力锚杆最优锚固体半径，步骤八：确定预应力锚杆最优锚固长度，步骤九：确定预应力锚杆最优设计总长度。

【技术特征摘要】
1.一种顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，步骤一：确定待加固边坡基本形态要素与物理力学参数，步骤二：确定岩体边坡整体稳定性系数，步骤三：确定岩体边坡稳定性修正系数，步骤四：确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值，步骤五：确定岩体边坡预应力锚杆最优入射角，步骤六：确定岩体锚杆合理锚固长度，步骤七：确定预应力锚杆最优锚固体半径，步骤八：确定预应力锚杆最优锚固长度，步骤九：确定预应力锚杆最优设计总长度。2.根据权利要求1所述的顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，确定待加固边坡基本形态要素与物理力学参数的方法如下：1)根据现行《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)对顺向双滑动面岩体边坡进行岩土工程勘查与现场原位试验，获取边坡形态参数：边坡和滑动面走向、倾向、边坡倾角β、滑动面倾角θ1′和θ2′、坡高H1和H2；获取边坡基本物理力学参数：滑动体的岩块摩擦角标准值和岩体重度γ、体积V1和V2、岩体的泊松比υs、岩体刚度Es、粘聚力c1和c2，2)依据《边坡工程勘察规范》(YS5230—1996)对岩体边坡进行现场勘查与测绘，确定边坡双滑动结构面以及边坡坡面的产状，运用极射赤平投影法确定边坡倾向和滑动面倾向的夹角δ1和δ2，3)确定顺向双滑动面沿边坡坡面倾向的真倾角θ1和θ2：3.根据权利要求2所述的顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，根据极限平衡等K法确定岩体边坡整体稳定性系数Fs：式中：—滑坡体Ⅱ岩体等效内摩擦角，岩体等效内摩擦角由滑面岩块内摩擦角标准值乘以折减系数确定；G2—滑坡体Ⅱ的重力，θ1、θ2—滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ平面破坏滑动面倾角；l2—滑坡体Ⅱ平面破坏滑动面长度。4.根据权利要求3所述的顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，确定岩体边坡稳定性修正系数△Fs的方法如下：1)定义边坡整体稳定性修正系数△Fs为边坡安全系数K与边坡整体稳定性系数Fs的差值：△Fs＝K-Fs2)确定滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ稳定性修正系数：△Fs2＝△Fs-△Fs1式中：△Fs—边坡整体稳定性修正系数；△Fs1、△Fs2—滑坡体Ⅰ和滑坡体Ⅱ稳定性修正系数。5.根据权利要求4所述的顺向双滑动面岩体边坡锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值的方法如...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，信校阳，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37