边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及固定建筑物技术领域，尤其涉及边坡或斜坡的稳定，具体的说涉及一 种边坡锚杆加固最优入射角的测定方法。
【背景技术】
[0002] 岩土锚固技术是近代岩土工程领域中的一个重要分支。预应力锚固使支护加固岩 体技术从被动地阻止岩体再变形再破坏转向主动地利用岩体本身去加固岩体，是一种主动 加固方法。预应力锚杆在边坡加固工程中已被广泛的应用，尤其是在高陡边坡加固中，预应 力锚杆以其使用灵活、加固深度大、能充分发挥岩土自身的强度、施工中不破坏原有边坡的 整体性、占用空间少、见效快和造价低等特点显示了极大的优越性。由于岩土工程的施工， 大量的自然边坡和人工边坡需要加固处理，因此，为了获得良好的边坡稳定性加固效果， 降低加固成本，必须充分发挥锚杆的加固作用。而锚杆入岩的倾角和锚杆的锚固长度对加 固力的大小有很大的影响，所以在边坡加固设计与施工中应予以充分重视，以便获得预应 力锚杆对边坡的良好加固效果。
[0003] 目前常用的锚固结构稳定性计算采用的是《岩土锚杆（索）技术规程》第7. 10. 2 条的规定，即：锚固结构体系的外部稳定性可采用圆弧滑动法或折线滑动法验算；内部稳 定性可采用Kranz法验算。其中，常用锚固结构稳定性计算方法都是以锚杆入射角不变为 前提的。根据《岩土锚杆（索）技术规程》，目前利用锚杆加固边坡岩土体时，通常将锚杆入 射角设置成同一角度，但由于边坡滑移面并不是一个简单的平面，而是近似的圆弧面，实际 工程施工时也只是根据施工经验，考虑基坑边坡的上部和下部坡体土压力的不同，对局部 做出简单的定性调整。这样设计锚杆入岩倾角的弊端是：锚杆的轴向拉力不能完全用来提 供坡体的抗滑力，不能完全充分发挥锚杆的轴向拉力加固边坡的效果，故锚杆入射角度一 成不变并不是最优的锚杆加固方案。因此，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，并造成极大的增加加固工程的成本和人力物力浪费。
[0004] 针对上述存在的弊端，急需一种技术方案来解决这一技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种方法，其在考虑滑移面是圆弧面的情况下对锚杆的入射 角进行变角度优化，通过对预应力锚杆加固边坡时的理论推导，找出和确定了能发挥预应 力锚杆最大潜能的最优入射角及其预应力锚杆锚固最优入射角的优化设计，克服了以往入 射角度固定的问题，以达到使用同样的锚杆数量的情况下能为边坡锚杆的加固提供更大的 稳定安全系数。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下步骤：
[0007] (1)基坑边坡锚杆分层加固高度的确定；
[0008] (2)基坑边坡潜在最危险滑移面位置的确定；
[0009] (3)基坑锚杆加固边坡稳定系数的确定；
[0010] (4)基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定；
[0011] (5)基坑边坡锚杆分层加固最优入射角度的确定。
[0012] 所述的步骤（1)基坑边坡锚杆分层加固高度为h多2. 5m，均等分将整个基坑边坡 被分为η层。
[0013] 所述的步骤（2)基坑边坡潜在最危险滑移面位置的确定：
[0014] 当供=〇的土坡，其最危险滑移面为通过坡脚的圆弧，其圆心位于AO与BO两线的交 占 .
[0015] 当0>〇的土坡，其最危险滑弧圆心位置确定方法分为以下步骤：
[0016] ①首先按P=O法确定0点；
[0017] ②后作E点，最危险滑动圆弧圆心位置即在OE连线的延长线上；
[0018] ③在OE的延长线上取圆心02、O3……，分别算出相应的F sl、Fs2、Fs3……，通过 Op 〇2、O3……分别以垂直OE的不同大小线段代表Fsl、Fs2、F s3……值，连其端点，则曲线上最 小的匕值对应的OmA即是最危险滑弧圆心，通过最危险滑弧圆心位置即可确定出潜在滑移 面的位置；
[0019] 其中：FS--边坡整体稳定系数；炉--滑裂面处土体内摩擦角。
[0020] 所述的步骤（3)基坑锚杆加固边坡稳定系数的确定：
[0021] 沿每层分层线与滑移面的交点处做垂线，则边坡体被水平线和垂直线分成若干部 分：
[0022] 第一层边坡土体的抗滑力：
[0023]
【主权项】
1. 一种边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 基坑边坡锚杆分层加固高度的确定； (2) 基坑边坡潜在最危险滑移面位置的确定； (3) 基坑锚杆加固边坡稳定系数的确定； (4) 基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定； (5) 基坑边坡锚杆分层加固最优入射角度的确定。
2. 根据权利要求1所述的边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于：所述 的步骤（1)基坑边坡锚杆分层加固高度为h多2. 5m，均等分将整个基坑边坡被分为η层。
3. 根据权利要求1所述的边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于：所述 的步骤（2)基坑边坡潜在最危险滑移面位置的确定： 当妒=〇的土坡，其最危险滑移面为通过坡脚的圆弧，其圆心位于AO与BO两线的交点； 当P > ()的土坡，其最危险滑弧圆心位置确定方法分为以下步骤： ① 首先按法确定〇点； ② 后作E点，最危险滑动圆弧圆心位置即在OE连线的延长线上； ③ 在OE的延长线上取圆心O1、O2、O3……，分别算出相应的F sl、Fs2、Fs3……，通过O1、O2、 O3……分别以垂直OE的不同大小线段代表Fs1、Fs2、Fs3……值，连其端点，则曲线上最小的F s 值对应的〇">点即是最危险滑弧圆心，通过最危险滑弧圆心位置即可确定出潜在滑移面的位 置； 其中：FS-一边坡整体稳定系数；P-一滑裂面处土体内摩擦角。
4. 根据权利要求1或3所述的边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于： 步骤（3)基坑锚杆加固边坡稳定系数的确定： 沿每层分层线与滑移面的交点处做垂线，则边坡体被水平线和垂直线分成若干部分： 第一层边坡土体的抗滑力： Ar1 =[(4 +WrlCosol tan炉)+Q[sinh +O1)tan妒+cost/, +O1)] (1)第一层边坡土体 的下滑力： T1=SWrSina1 (2) 第j(j>l)层边坡土体的抗滑力： Nj =^IcZl ^+Qj ,)〇??,. ^ο^αι\Μ\^^λ^^?ν{γ..+α.)\^φ+(χ??{γ!λ-α.)] (3) 第j(j>l)层边坡土体的下滑力（j>l): Tj= Σ (WrjIWl0-D) sin Ctj (4) 可得优化后边坡的整体稳定系数：
式中： Fs--边坡整体稳定系数 Ii--第i个土条弧长 Wrj一一第j层滑移面上部土体 W1 (J-D--第j-Ι层滑移面上部土体 Yj一一第j层上锚杆的入射角 Qj--第j层水平分界线处土条的切线与水平线夹角 Qj--第j层销杆极限抗拔力 Ψ--滑裂面处土体内摩擦角。
5. 根据权利要求1或3所述的边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于： 所述的步骤（4)基坑边坡预应力锚杆最优入射角γ#勺确定，包括以下步骤： ① 当锚杆入射角γ d吏基坑边坡稳定系数F s取极大值时，即当预应力锚杆的最优入射 角为二f -勺(j > 1)时，匕有极大值，此时锚杆能最大限度的提供抗滑力，预应力锚杆的 最优入射角为7, = j - (j > 1); ② 当滑移面切角义>$时，锚杆的入射角度为负值，此时，选择其最小入射角度作为 锚杆的最优入射角度。
6. 根据权利要求1或3所述的边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法，其特征在于： 所述的步骤（5)的基坑边坡锚杆分层加固最优入射角度的确定，包括以下步骤： ① 基坑边坡锚杆分层加固高度滑移面均值倾角的确定：
鉴于基坑边坡潜在滑移面形状近似圆弧，并根据基坑边坡锚杆分层加固高度，则每个 基坑边坡锚杆分层加固高度的滑移面均值倾角为其上下两条分层线与滑移面交点处切角 的平均值，设基坑边坡第j个锚杆分层加固高度顶底位置滑移S j，则 可确定基坑边坡第j个锚杆分层加固高度滑移面均值倾角为： ② 基坑边坡锚杆分层加固高度最优入射角度的确定： 根据基坑边坡锚杆分层加固高度滑移面均值倾角和本发明第三步锚杆最优入射角γ ^ 与滑移面均值切角％的关系匕，可确定基坑边坡锚杆分层加固高度最优入射 角度为t
【专利摘要】本发明目的在于提供一种方法，其在考虑滑移面是圆弧面的情况下对锚杆的入射角进行变角度优化，以达到使用同样的锚杆数量的情况下能为边坡锚杆的加固提供更大的稳定安全系数。本发明采用如下步骤：基坑边坡锚杆分层加固高度的确定；基坑边坡潜在最危险滑移面位置的确定；基坑锚杆加固边坡稳定系数的确定；基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定；基坑边坡锚杆分层加固最优入射角度的确定。本发明通过对预应力锚杆加固边坡稳定性时的理论推导，找出了能发挥预应力锚杆最大潜能的最优入射角，并提供了这种测定最优入射倾角的方法，为以后的基坑加固提供了良好的示范和其实作用，具有很好的推广价值和实用价值。
【IPC分类】E02D17-20, E02D5-74
【公开号】CN104631453
【申请号】CN201410821469
【发明人】贺可强, 郭宗河, 张晓东, 王菲
【申请人】青岛理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月25日