一种桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于山区桥梁墩台基础工程设计领域，涉及一种墩台基础置于高陡边坡上 时边坡稳定坡角线的分析及判定方法。
【背景技术】
[0002] 铁路桥基边坡"稳定坡角线"这一概念是由我国《铁路工程地质勘察规范》中提出 来的，该规范4. 2. 2条文说明中指出在岸坡陡立地段如何设置桥墩台关系到工程的安危， 进行岸坡稳定性评价是该类地段工程地质调绘的重点之一。规范要求黄土地区陡立岸坡 地段通常采用桥基设置在稳定坡角线以下以保障工程安全，基岩地区陡立岸坡地段也应做 出岸坡稳定性评价，为工程基础设置提供依据。然而，该规范并未对桥基荷载作用下边坡 整体稳定性的分析方法作出建议，且未对基岩地区陡立岸坡的桥基布置提出详实的指导意 见。因此，铁路桥梁专业设计人员对陡坡稳定坡角线的位置判定尤为关注。由于现有规范 对稳定坡角线的具体计算方法均未明确给出，且现有文献中稳定坡角线分析方法大多是依 据边坡在自然状态下得出的，未考虑边坡岩土体物理力学参数反演及桥基荷载作用等多种 因素，稳定坡角线分析可靠性不足，给陡坡地段桥梁基础布置及工程设计带来较大难度，严 重制约工程设计进度，工程安全性也得不到有效保障。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的确定稳定坡角线位置时考虑因素较少，适用性不强等 问题，本发明提供了一种新的桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法，在对边坡岩土物理 力学参数进行反演的基础上，考虑基础作用宽度、埋置深度和荷载作用模式，判定稳定坡角 线的具体位置，以适应陡坡地段桥梁基础布置及工程设计的需要。
[0004] 本发明所涉及的一种桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法，技术步骤包括：确 定边坡参数反演的临界滑动面S1、按极限平衡状态反算边坡岩土体粘聚力S2、设定稳定坡 角线的起始位置S3、按照反算得到的边坡岩土体综合粘聚力重新计算桥基荷载作用下的边 坡稳定性S4、判断安全系数是否大于等于设计安全系数S5、分析得到该桥基边坡的稳定坡 角线S6。
[0005] S1 :确定边坡参数反演的临界滑动面 确定边坡剖面上坡脚与各坡面变坡点P1、P2、…、P(n-l)之间的连线与水平线 (XT之间夹角的最小值，令极限平衡条件参数反演时边坡滑动面与水平面之间的夹 角为― 1 〇
[0006] S2 :按极限平衡状态反算边坡岩土体综合粘聚力
式中：尤为临界滑动面对应的稳定安全系数，一般取1. 0或1. 05 ; G 为边坡滑动面以上单位宽度边坡岩土体的重量； J为边坡滑动面单位宽度的面积； &为边坡岩土体的综合内摩擦角； 为边坡滑动面以上单位宽度边坡岩土体受到的水平地震力。
[0007] S3 :设定稳定坡角线的起始位置 在边坡剖面上，自坡顶向下做一条与坡顶线平行的辅助线，辅助线与坡顶线在垂直方 向上的距离d与桥基底面设计埋置深度相等，令桥基基底前缘位于临界滑动面上，桥基基 底后缘与坡脚的连接线设定为稳定坡角线的起始位置，令稳定坡角线的起始位置与水平面 之间的夹角为。
[0008] S4:按照反算得到的边坡岩土体综合粘聚力重新计算桥基荷载作用下的边坡稳定 性 计算稳定坡角线的起始位置以上范围边坡体的稳定安全系数：
式中：G为桥基单位宽度的重量； _桥基顶面每延米受到的侧向力合力； K 为桥基顶面每延米受到的竖向力合力； %为桥基底面所接触的岩土体内摩擦角。
[0009] S5 :判断安全系数是否大于等于设计安全系数 比较稳定坡角线的起始位置以上范围边坡体的稳定安全系数尤与设计安全系数[幻之 间的关系。若满足[>mi，则停止计算；否则，令稳定坡角线的起始位置与水平面之间 的夹角# = # - 1，重复S4与S5的分析过程。
[0010] S6 :分析得到该桥基边坡的稳定坡角线 确定满足尤之[jn的条件后，记录下此时的夹角/?对应的滑动面位置，该滑动面 与剖面的交线即为该桥基边坡稳定坡角线对应的位置。
[0011] 本发明具有的优点和积极效果是： 本发明所述的一种桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法，能够充分利用原自然斜坡 的稳定特性反演出边坡体的粘聚力大小。由于边坡岩土体力学参数中综合粘聚力不易获 取，且不同的边坡取值相差甚远，因此采用反演粘聚力的方法获取的参数值更接近实际情 况。本发明还考虑了桥基埋置深度与桥基底面宽度来综合分析边坡稳定坡角线，更全面、更 合理地考虑了桥基本身的几何特征，分析得到的稳定坡角线能够更好地满足桥梁专业设计 人员对确定山区铁路陡坡地段桥墩台基础布置方案的需要。
【附图说明】
[0012] 图1为桥基边坡稳定坡角线的分析方法流程示意图； 图2为边坡参数反演的临界滑动面位置示意图； 图3为设定稳定坡角线的起始位置示意图； 图4为桥基荷载作用下边坡体的受力示意图； 图5为试验案例分析得到的某边坡稳定坡角线位置示意图。
[0013] 图中标记说明： 1、边坡坡面线 2、变坡点 3、过坡脚的水平线 4、坡顶线 5、 4bi对应的辅助线 6、 极限平衡条件参数反演时夹角^对应的边坡滑动面 7、 稳定坡角线 8、桥基基底前缘 9、桥基基底后缘 10、边坡体 d、桥基底面设计埋置深度。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。下述为确定高速 铁路某处桥基边坡稳定坡角线位置的实施例，该实施例仅用于说明本发明而并非对本发明 的限制。
[0015] 实施例1 在某高速铁路某处桥基预布置在一处强风化砂岩边坡上进行试验，边坡岩土体的综合 内摩擦角为32°，桥基底面设计埋置深度d为2m，桥基底面宽度为3. 5m，该边坡坡面线1上 有三个变坡点2,分别是Pl、P2和P3,线段构成过坡脚的水平线，线段P3P4构成该边 坡的坡顶线4,桥基单位宽度的重量为520kN/m，桥基顶面每延米受到的侧向力合力_ 125 kN/m，桥基顶面每延米受到的竖向力合力K为345 kN/m，临界滑动面对应的稳定安全系 数尤为1.05,设计安全系数[J]取1.25。
[0016] 具体计算分析步骤如下： S1、确定边坡参数反演的临界滑动面 分别计算OP1、OP2、GP3与OOf之间的夹角：
取!^# =37:+，令极限平衡条件参数反演时边坡滑动面与水平面之间的夹角为 cr =!?_. - 1 = 36- 作对应的辅助线5,即!QdO,确定限平衡条件参数反演时夹角Of对应的边坡滑 动面6,即QJ1， 52、 按极限平衡状态反算边坡岩土体综合粘聚力
53、 设定稳定坡角线的起始位置 按照桥基底面设计埋置深度d为2m，桥基底面宽度为3. 5m，自坡顶垂直向下2m做一条 与坡顶线平行的辅助线，令桥基基底前缘8位于夹角Qf对应的边坡滑动面6,即GUI上， 桥基基底后缘9与坡脚的连接线设定为稳定坡角线7的起始位置，此时稳定坡角线7 的起始位置与水平面之间的夹角# = 。
[0017] S4、按照反算得到的边坡岩土体综合粘聚力重新计算桥基荷载作用下的边坡稳定 性 重新确定稳定坡角线7上方边坡体10的滑动面以上单位宽度边坡岩土体的重量G、边 坡滑动面以上单位宽度边坡岩土体受到的水平地震力和边坡滑动面单位宽度的面积儿 G# =5340.5kN/ni，=427,.2kN/m,x=57m，桥基底面所接触的岩土体 内摩擦角=23:， 此时稳定坡角线7上方边坡体的稳定安全系数为
S5、判断安全系数是否大于等于设计安全系数 比较稳定坡角线的起始位置以上范围边坡体的稳定安全系数尤与设计安全系 数M之间的关系，稳定坡角线7的起始位置与水平面之间的夹角= 时， 疋= 1 25，令稳定坡角线的起始位置与水平面之间的夹角声=声一1=315， 重复S4与S5的分析过程。
[0018] 经计算，当 = 24.时，[=1251> [[] =125,停止计算。
[0019] S6、分析得到该桥基边坡的稳定坡角线 此时的夹角 # = 24: 对应的滑动面与边坡剖面的交线即为该桥基边坡稳定坡 角线对应的位置。
【主权项】
1. 一种桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法，其特征在于，该方法的步骤包括：确 定边坡参数反演的临界滑动面（S1)、按极限平衡状态反算边坡岩土体综合粘聚力（S2)、设 定稳定坡角线的起始位置（S3)、按照反算得到的边坡岩土体综合粘聚力重新计算桥基荷载 作用下的边坡稳定性（S4)、判断安全系数是否大于等于设计安全系数（S5)、分析得到该桥 基边坡的稳定坡角线（S6);具体步骤如下： 51 :确定边坡参数反演的临界滑动面 确定边坡剖面上坡脚与各坡面变坡点P1、P2、…、P(n-l)之间的连线与水平线 之间夹角的最小值，令极限平衡条件参数反演时边坡滑动面与水平面之间的夹 角为Q! = 6^p- 1 ； 52 :按极限平衡状态反算边坡岩土体综合粘聚力式中：尤为临界滑动面对应的稳定安全系数，取值为1. 〇或1. 05 ; G为边坡滑动面以上单位宽度边坡岩土体的重量； J为边坡滑动面单位宽度的面积； g为边坡岩土体的综合内摩擦角； 为边坡滑动面以上单位宽度边坡岩土体受到的水平地震力； 53 :设定稳定坡角线的起始位置 在边坡剖面上，自坡顶向下做一条与坡顶线平行的辅助线，辅助线与坡顶线在垂直方 向上的距离d与桥基底面设计埋置深度相等，令桥基基底前缘位于临界滑动面上，桥基基 底后缘与坡脚的连接线设定为稳定坡角线的起始位置，令稳定坡角线的起始位置与水平面 之间的夹角为; S4:按照反算得到的边坡岩土体综合粘聚力重新计算桥基荷载作用下的边坡稳定性 计算稳定坡角线的起始位置以上范围边坡体的稳定安全系数：式中：G为桥基单位宽度的重量； _桥基顶面每延米受到的侧向力合力； K为桥基顶面每延米受到的竖向力合力； 为桥基底面所接触的岩土体内摩擦角； S5 :判断安全系数是否大于等于设计安全系数 比较稳定坡角线起始位置以上范围边坡体的稳定安全系数尤与设计安全系数[幻之间 的关系；若满足J： >[；尤1，则停止计算；否则，令稳定坡角线的起始位置与水平面之间的 夹角召=i? -1，重复s4与s5的分析过程； # # S6 :分析得到该桥基边坡的稳定坡角线 确定满足尤之的条件后，记录下此时的夹角对应的滑动面位置，该滑动面 ..........L, J # 与剖面的交线即为该桥基边坡稳定坡角线对应的位置。
【专利摘要】本发明公开了一种桥基边坡稳定坡角线的分析及判定方法，在对边坡岩土物理力学参数进行反演的基础上，考虑基础作用宽度、埋置深度和荷载作用模式，分析稳定坡角线的具体位置，以适应陡坡地段桥梁基础布置及工程设计的需要。其技术步骤包括：确定边坡参数反演的临界滑动面S1、按极限平衡状态反算边坡岩土体综合粘聚力S2、设定稳定坡角线的起始位置S3、按照反算得到的边坡岩土体粘聚力重新计算桥基荷载作用下的边坡稳定性S4、判断安全系数是否大于等于设计安全系数S5、分析得到该桥基边坡的稳定坡角线S6。
【IPC分类】E02D17/20, G06F19/00
【公开号】CN104988933
【申请号】CN201510264958
【发明人】董捷, 宋绪国, 田万俊, 杜宝军, 徐健强
【申请人】铁道第三勘察设计院集团有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月22日