基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，属于滑坡、边坡、基坑等支挡工程技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。该方法与现有技术相比，可以提高抗滑桩设计的合理性，加大工程中抗滑桩能力的利用。

【技术实现步骤摘要】
基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力确定方法
本专利技术属于滑坡、边坡、基坑等支挡工程
，涉及一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法。
技术介绍
抗滑桩是用来承受滑坡推力、土体抗力等水平作用力为主的柱形构件，桩体截面常采用大断面钢筋混凝土材料，在滑坡、边坡、基坑支挡等领域广泛使用。确定桩的间距，是抗滑桩设计的一个重要内容。在桩对下滑土体产生阻力的同时，桩间的土体会出现挤压，同时，如果桩间距过小又造成工程上的投资浪费，因此合理桩间距的确定，已成为工程设计的关键问题。桩间距过大，桩间土体就会从桩间滑出，起不到预期的工程效益；桩间距取的太小，工程造价就高。在实际工作中，一般是以桩间土体与两桩侧面所产生的摩阻力不小于桩间的滑坡推力为控制条件进行估算。这种方法没有考虑桩间土拱作用，显然过于保守，估算结果一般很小，往往低于经验值。当抗滑桩桩前悬臂段临空时，常需在桩间设置挡板，挡板可采用平板或拱(折)板。实际工程中，桩间挡板上侧向土压力的计算方法多种多样，至今仍未有一个统一的认识。桩间距和桩板土压力受到滑坡推力大小、桩型及断面尺寸、桩的长度和锚固深度、锚固段地层强度、土体的密实度和强度、施工条件等诸多因素影响，目前尚无很成熟的计算方法，由于岩土性质的复杂性，抗滑桩的设计在很多方面仍需要凭借工程技术人员的经验，因此科学合理地确定桩间距和桩板土压力对于抗滑桩工程的安全和经济有重大意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，该方法可以提高抗滑桩设计的合理性，加大工程中抗滑桩能力的利用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。进一步，在步骤一中，需掌握滑坡防治工程治理设计的工程地质勘察报告，包括滑坡工程地质平面图；滑坡周界、形态及影响范围；滑坡工程地质剖面图；滑床等高线图及基岩面等高线图；滑坡地区的水文地质及工程地质；确定滑带土及滑床岩(土)的物理力学指标(含不同区段的c、φ值以及在使用期内，可能出现的最不利情况等)、滑床岩(土)水平承载力特征值及岩土体的地基系数等。进一步，在步骤二中，以地质勘察报告为依据，选择最不利设计工况，采用传递系数法进行滑坡推力的计算，可参见相关规范，或根据勘察报告所提供的滑坡推力值选取。进一步，在步骤三中，桩宽b不小于抗滑桩悬臂长1/6。进一步，在步骤四中，eps为一个接近于0的数值，可取1×10-5。进一步，在步骤五中，通过非线性函数优化方法求解函数Φ(a,f,α)最小值Φmin。进一步，采用matlab软件中的fminsearch来进行搜索求解，搜索求解所需初始值可取a0＝5b，f0＝2b，α0＝φ；函数Φ(a,f,α)值采用下式求解：其中：其中，a为抗滑桩净间距、f为土拱高、α为桩后三角形土体压密区与桩背面夹角，b为桩宽，c为土体的粘聚力，φ为内摩擦角，λ为侧压系数，q为滑坡推力荷载集度，K为安全系数。进一步，在步骤六中，根据步骤五中使函数Φ(a,f,α)达到最小值的自变量a,f,α确定桩间距和土拱方程：桩间距l：l＝a+b土拱方程：其中：λ为侧压系数，a为抗滑桩净间距，b为桩宽，f为土拱高，土拱方程为椭圆曲线的一部分，B为Y向半轴长，椭圆中心点坐标为(0，B)。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力确定方法相对于现有方法来说，可以提高抗滑桩设计的合理性，加大工程中抗滑桩能力的利用。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为抗滑桩布置及自然平衡拱示意图；图2为自然平衡土拱受力简图；图3为拱脚分区图；图4为拱脚过渡区受力分析示意图；图5为桩后土体三角形压密区受力分析示意图；图6为拱顶截面受力分布图；图7为拟化筒仓法计算桩间支挡简图；图8为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图8为本专利技术所述方法的流程示意图，如图所示，本方法包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。具体说明如下：图2为抗滑桩布置及自然平衡拱示意图，其中，抗滑桩，桩宽b，桩净距a，在滑坡推力荷载集度q及侧向荷载集度λq作用下的压力拱曲线，为自然平衡拱形状，拱的矢高为f，λ为侧压系数，可以按静止土压力系数计算ν为泊松比，因土的泊松比不容易测得，可用λ＝1-sinφ进行近似计算。图2为自然平衡土拱受力简图，由于拱形及受力的对称性，将拱从中间剖开，从左半拱上取OM段进行研究，在O点作用有右半拱部分传来的水平推力T，在拱后作用有均布荷载q，在拱侧作用有均布荷载λq，根据岩土抗压性能远大于抗拉性能的特征，压力拱的形式可认为是最佳的自然平衡形式，不存在剪力和弯矩，因此在M点截面处只存在轴向压力W，由稳定土拱各点受力平衡，这些力对M点取力矩的平衡方程为：考虑整个左半拱沿X方向的力平衡方程：T＝λqf+Rx(2)考虑整个左半拱沿Y方向的力平衡方程：Ry＝qa/2(3)对于左半拱，对O点取距：将式(3)代入上式：RoxRoy为拱脚处反力R在X，Y方向的分量。将式(2)，(4)，(5)代入(1)式得自然拱方程：其中由式(6)可见，自然平衡拱的形状为椭圆曲线的一部分，此椭圆的X向半轴长Y向半轴长B，椭圆中心点的坐标为(0，B)，椭圆中心点在AB连线的下方。在能充分形成土拱的条件下，拱脚包括三个部分，一是作为土拱拱脚支撑构件的桩体，二是桩后土体受压区，三是拱脚与拱身的过渡区，如图3所示。根据图4拱脚过渡区受力图，过渡区与三角形受压区交界处截面的X、Y方向分量分别为：t为土拱厚度，对于桩后三角形压密区，假定过渡区与三角形受压交区界处合力方向与截面垂直，见图5：将式(8)、(9)代入上式得：此时，桩所提供的反力为：由上两式及对称性可以看出，三角形压力区边界处的压应力相同，也即此区内各点均处于静水压力状态，为极稳定状态，由此可以说明上述的假定是合理的。根据拱脚破坏条件，在不利截面处满足摩尔库仑强度准则，考虑安全系数K得：KRy＝Rxtanφ+cb/sin2α(14)如图6，当拱顶不利截面处于极限平衡状态时，其压应力呈梯形，其中σmax＝qtan2(45°+φ/2)+ctan(45°+φ/2)σmin＝ctan(45°+φ/2)则截面处的极限总压力为：考虑安全系数K，拱顶破坏条为：KT＝Tmax(16)桩间距及土拱参数的确定：将(3)，(5)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力达到确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。

【技术特征摘要】
1.一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力；在步骤五中，通过非线性函数优化方法求解函数Φ(a,f,α)最小值Φmin；采用matlab软件中的fminsearch来进行搜索求解，搜索求解所需初始值取a0＝5b，f0＝2b，α0＝φ；函数Φ(a,f,α)值采用下式求解：其中：其中，a为抗滑桩净间距、f为土拱高、α为桩后三角形土体压密区与桩背面夹角，b为桩宽，c为土体的粘聚力，φ为内摩擦角，λ为侧压系数，q为滑坡推力荷载集度，K为安全系数；在步骤六中，根据步骤五中使函数Φ(a,f,α)达到最小值的自变量a,f,α确定桩间距和土拱方程：桩间距l：l＝a+b土拱方程：其中：其中：土拱方程为椭圆曲线的一部分，B为Y向半轴长，椭圆中心点坐标为(0，B)；桩板土压力：其中A——两抗滑桩、桩间挡板和土拱围成的面积；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建功，张海权，吴曙光，许明，谢强，王桂林，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85