岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法技术

本发明专利技术涉及边坡稳定性评价与滑坡加固及防治领域，涉及一种岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法，包括如下步骤：步骤一，确定待加固边坡基本物理力学参数；步骤二，确定岩体边坡稳定性系数；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，岩体边坡预应力锚杆最优入射角的确定；步骤六，确定岩锚粘结强度与其单轴抗压强度定量关系；步骤七，确定预应力锚杆最优锚固长度；步骤八，确定预应力锚杆最优设计总长度。本发明专利技术在边坡加固工程中具有良好的经济效益与实用价值，不仅可以较为准确的测定出锚杆入射角度和锚固长度，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】
岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法
本专利技术涉及边坡稳定性评价与滑坡加固及防治领域，涉及一种岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法，尤其涉及一种平面破坏模式岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法。
技术介绍
近年来，预应力锚杆由于其具有较高抗拉强度、较好加固效果以及低廉造价的特点，在边坡加固与滑坡防治领域得到了广泛运用。预应力锚杆支护属于主动支护，即无需坡体发生位移即可发挥加固治理作用。由于该支护方法对边坡坡体施加预应力，在锚固之后利用钢筋的回弹将不稳定坡体压紧，使坡体处于受压状态，所以能有效减小坡体的位移，从而获得比传统治理方法具有更好的加固效果。此外，预应力锚杆还具有布置灵活、加固深度大、能充分发挥岩土体自身的强度和自稳能力、施工中不破坏坡体自身的完整性以及施工速度快等优点。在预应力锚杆设计中，其入射角度和锚固长度的确定对是否能够正常发挥其支护加固效果，以及有效降低加固工程造价与施工工期等具有至关重要的作用，也是预应力锚杆加固工程设计的核心技术问题。如果能取得最优的入射角度和锚固长度，则既可以充分发挥其锚固效果，又可以大大节约造价和工期。大量工程实践及技术经济的综合分析表明，预应力锚杆的入射角度和锚固长度不单是力学技术问题，而且也是经济效益问题。预应力锚杆的设计应达到在满足锚固力总量的前提下使预应力锚杆总长度最小(包括自由段、锚固段、张拉段等)、钻孔工作量最少的目的。目前预应力入射角度和锚杆锚固长度的确定大都依据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015估算。该公式只考虑了锚杆本身和加固体参数的影响，未考虑潜在滑移面倾角对预应力值的影响。而在工程实际中预应力锚杆的入射角度和锚固长度与相关规范的规定和推荐常常相差甚远。对于多排锚杆，常为了施工方便而采用等长锚杆施工。然而，对于滑面是平面的边坡，在不同的标高处滑体的厚度也不一样，是一个变量，而不是一个常数，因此，相等锚杆锚固段长度设计方法无疑不是最优的加固设计方案，因为对于边坡的顶部、中部和坡脚部分所需要的锚固力是不同的，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。尽管目前的边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，必然造成加固工程成本与施工工期的增加和人力物力浪费。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足，提供一种适用于平面破坏模式岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：步骤一：待加固边坡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)对岩质边坡进行岩土工程勘查与现场原位试验，获取边坡坡体的岩块摩擦角标准值岩体重度γ、粘聚力c、岩质边坡坡角β、坡高H；运用测绘方法绘制出边坡剖面图。同时在边坡坡体上取多个点，分别通过岩石饱和单轴抗压强度试验和锚杆极限抗拔试验测出岩体单轴抗压强度值Rc和岩锚极限粘结强度值qr，并绘制qr、Rc关系曲线。步骤二：岩体边坡稳定性系数Fs的确定岩体等效内摩擦角Ψd可由步骤一确定的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；根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)可确定岩体边坡平面破坏潜在滑移面倾角为表1边坡岩体内摩擦角折减系数根据平面滑动法利用公式(1)确定其稳定性系数Fs为：式中：Ψd为岩体等效内摩擦角，θ为岩体边坡平面破坏潜在滑移面倾角。步骤三：岩体边坡稳定性修正系数ΔFS的确定定义边坡稳定性修正系数ΔFS为边坡安全系数K与边坡整体稳定性系数Fs的差值，即：ΔFS＝K-FS(2)式中：ΔFS—边坡稳定性修正系数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《建筑边坡工程技术规范》GB50030-2013中10.3的规定确定锚杆布设情况。锚杆宜采用行列式排列；锚杆水平间距不宜小于1.5m；锚杆竖向间距不宜小于2.0m。设滑坡体的宽度为Lb，预应力锚杆横向间距为b(滑坡体两端第一根锚杆位置距滑坡体边缘b/2)，则每排锚杆数量为：根据《建筑边坡工程技术规范》GB50030-2013，第一排锚杆距坡顶距离一般在1.5m—2.0m处。设锚杆竖向间距为hm，边坡高为H，第一排锚杆距离坡顶距离为h1，则锚杆排数为：2)单根锚杆所承担的稳定性修正系数ΔFsri的确定对岩体边坡坡体进行垂直条分，假设单根锚杆的有效作用范围取本锚杆与相邻锚杆之间范围的均分之和，所以锚杆承担岩体产生的下滑力是有效作用范围内潜在滑移面上方的岩体重力所产生的，则各单根锚杆所承担的稳定性修正系数的比例可以根据所承担的岩体重力的比重进行划分：Gri—第r排i根锚杆所承担的岩体重力。3)岩体边坡各锚杆所需加固抗滑力值的确定：ΔFri＝ΔFsri×Grisinθ(6)式中：ΔFri—第r排i根锚杆所施加的加固抗滑力值。步骤五：岩体边坡预应力锚杆最优入射角的确定针对于平面破坏型的滑坡，故岩体边坡破裂面的倾角相同，所以岩体中打入的锚杆入射角度α相同，根据公式(8)确定其加固预应力值Δfri：ΔFri＝Δfrisin(α+θ)tanΨd+Δfricos(α+θ)(7)对公式(8)中的α求导得公式(9)式中：Ψd—为岩体等效内摩擦角；θ—为岩体边坡破裂面的倾角；α—锚杆入射角。令公式(9)等于零，对公式(7)和(8)进行极值分析得：当α＝Ψd-θ时，Δfri取得最大值。根据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB50086-2015)第4.6.5条规定，边坡锚杆加固入射角度宜避开与水平面成-10°～+10°，所以边坡锚杆加固最优入射角度的确定如下：(1)当Ψd-θ≥10°时，边坡锚杆加固最优入射角度为α′＝Ψd-θ；(2)当Ψd-θ＜10°时，边坡锚杆加固最优入射角度为α′＝10°。步骤六：岩锚粘结强度与其单轴抗压强度定量关系的确定根据大量现场试验得到的数据分析可知，岩锚极限粘结强度与岩石单轴抗压强度的关系曲线符合ln函数曲线，因此，可以假设岩锚粘结强度qr与岩石单轴抗压强度Rc的函数关系为：qr＝alnRc+b(10)式中a、b的值可根据步骤一中的试验方法测出的多个不同测点的岩锚极限粘结强度与岩石单轴抗压强度，运用最小二乘法拟合可求得，其计算过程如下：将公式(10)作为(11)(12)两个初等函数的线性组合：设m为试验数据个数，由最小二乘法计算原理知：将以上公式计算结果代入式(18)计算a、b：步骤七：预应力锚杆最优锚固长度的确定将步骤一的岩石饱和单轴抗压强度试验确定岩石单轴抗压强度Rc代入步骤六中的公式(10)得到岩锚极限粘结强度qr，根据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB50086-2015)第4.6.10条的锚固力的计算公式，可确定各锚杆优化锚固体长度Δlri：式中：Δlri—第r排i根锚杆优化锚固体长度(m)；D—锚杆锚固体直径(mm)；qr—锚固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定待加固边坡基本物理力学参数；步骤二，确定岩体边坡稳定性系数Fs；步骤三，确定岩体边坡稳定性修正系数△FS；步骤四，确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值△Fri；步骤五，确定岩体边坡预应力锚杆最优入射角α′；步骤六，确定岩锚极限粘结强度qr与其单轴抗压强度Rc定量关系；步骤七，确定预应力锚杆最优锚固长度△lri；步骤八，确定预应力锚杆最优设计总长度lri。

【技术特征摘要】
1.一种岩质边坡预应力锚杆加固参数的优化测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定待加固边坡基本物理力学参数；步骤二，确定岩体边坡稳定性系数Fs；步骤三，确定岩体边坡稳定性修正系数△FS；步骤四，确定锚杆布设及锚杆加固抗滑力值△Fri；步骤五，确定岩体边坡预应力锚杆最优入射角α′；步骤六，确定岩锚极限粘结强度qr与其单轴抗压强度Rc定量关系；步骤七，确定预应力锚杆最优锚固长度△lri；步骤八，确定预应力锚杆最优设计总长度lri。2.根据权利要求1所述的岩质边坡预应力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物理力学参数的方法如下：根据现行《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)对岩质边坡进行岩土工程勘查与现场原位试验，获取边坡坡体的岩块内摩擦角标准值岩体重度γ、粘聚力c、岩质边坡坡角β、坡高H；运用测绘方法绘制出边坡剖面图，同时在边坡坡体上取多个点，分别通过岩石饱和单轴抗压强度试验和锚杆极限抗拔试验测出岩体单轴抗压强度值Rc和岩锚极限粘结强度值qr并绘制qr、Rc关系曲线。3.根据权利要求2所述的岩质边坡预应力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系数Fs的方法如下：岩体等效内摩擦角Ψd由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以边坡岩体内摩擦角折减系数确定；根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)确定岩体边坡平面破坏潜在滑移面倾角为根据平面滑动法确定岩体边坡稳定性系数Fs为：式中：Ψd为岩体等效内摩擦角，θ为岩体边坡平面破坏潜在滑移面倾角。4.根据权利要求3所述的岩质边坡预应力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：边坡稳定性修正系数△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式中：△FS为边坡稳定性修正系数，K为边坡安全系数，K取值根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中表5.3.1。5.根据权利要求4所述的岩质边坡预应力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下：1)边坡锚杆布设间距的确定：根据现行《建筑边坡工程技术规范》GB50030-2013中10.3的规定确定锚杆布设情况，锚杆宜采用行列式排列；锚杆水平间距不宜小于1.5m；锚杆竖向间距不宜小于2.0m，设滑坡体的宽度为Lb，预应力锚杆横向间距为b(滑坡体两端第一根锚杆位置距滑坡体边缘)，则每排锚杆数量nH为：根据《建筑边坡工程技术规范》GB50030-2013，第一排锚杆距坡顶距离一般在1.5m～2.0m处，设锚杆竖向间距为hm，边坡高为H，第一排锚杆距离坡顶距离为h1，则锚杆排数nv为：2)单根锚杆所承担的稳定性修正系数△Fsri的确定：对岩体边坡坡体进行垂直条分，假设单根锚杆的有效作用范围取本锚杆与相邻锚杆之间范围的均...

【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