专利名称：利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法
技术领域：
本发明涉及一种同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法，具体涉及一种利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法。本发明属于岩土工程边坡与滑坡地质灾害评价防治技术领域。
背景技术：
在地质滑坡治理工程中，滑坡抗滑桩空间位置和临界深度两者的同时确定是滑坡防治工程设计的首要条件并起着至关重要的作用，是滑坡防治工程成败的重要关键因素。目前，滑坡抗滑桩空间位置和桩长的确定与设计方法一般有以下几种:一是钻探和物探确定法。此法以钻探与物探为主要手段，通过勘察和钻探确定滑坡坡体土层厚度，以此确定抗滑桩桩长的地质勘察方法；二是极限平衡法，主要包括剩余推力法和改进的简化Bishop法，假定滑坡坡体在剪切滑移带已经形成，通过假设滑移面计算稳定性系数再确定绝对刚性抗滑桩体长度；三是利用有限元分析软件进行数值模拟边坡应力场的基础上，引入岩土体破坏强度准则，建立理想弹塑性模型来确定最大位移变形场与圆弧形剪切滑移带来确定抗滑桩空间位置和桩长。由以上分析方法可知，钻探与物探确定法存在投资大、耗时长，且勘察过程中不可避免对滑坡坡体本身产生扰动破坏，因此很难完整勘探整个滑坡坡体区域下土体的厚度，并且对抗滑桩的空间位置定位无法确定；极限平衡法需对桩土受力以及边坡剪切滑移带进行假定，滑移体本身也简化为各向同性体，同时将边坡稳定性分析和抗滑力分开计算，使得计算过程繁琐；有限元数值分析法确定抗滑桩空间位置和桩长是建立在确定合理的本构关系和准确的土层物理力学参数明确已知的条件下，而且由于取样和试验条件的限制很难获取准确的岩土体物理力学参数，难以真实反映滑坡坡体实际情况，其结果容易受到上述因素及有限元软件“黑箱子”和人为因素影响而产生较大误差，并且还存在计算过程繁琐、计算量大和计算时间长等局限性问题，其方法大多停留在确定模糊位移场上，所求位移并不能代表滑坡真实位移变化，无法有效确定整个滑坡坡体区域的抗滑桩空间位置和桩长，同时桩长的确定难以保证其合理性。以上方法在确定抗滑桩桩位与临界深度上均是以滑坡坡体力学分析与评价为基础和前提条件的，所以在某种程度上均存在上述力学分析与评价法的局限和不足，因此，寻找和利用位移监测同时确定抗滑桩空间位置和临界深度的方法具有很重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法，适用于堆积层滑坡抗滑桩桩位和临界深度的确定与设计。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:—种利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法，步骤如下:( I)针对待治理边坡地质进行调查分析与评价，确定滑坡坡体区域；
(2)坡体网格划分及位移监测点位置选取:对滑坡坡体区域进行m*n方形网格划分，网格大小按照实际坡体大小确定，其中，m、n均为大于等于3的整数，m为网格纵向等间距划分线数，即研究坡体剖面下二维剪切滑移带曲线形状对应的线数为网格横向等间距划分线数；位移监测点由若干个位移监测基准点和位移变形监测点组成，位移监测基准点设为Hx，X为大于等于3的整数，设定在监测滑坡坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网；滑坡位移变形监测点布置在滑坡坡体区域内的网格线交点上，位移变形监测点编号以矩阵形式F(ij表示，其中，1、j均为整数，i = Γη, j =分别为边坡冲沟周界由左到右、从后缘拉张破裂壁到前缘剪出口依次计数；(3)监测设备安装及位移监测:根据步骤(2)对应安装位移变形监测点的无线监测设备及位移监测基准点的监测设备，使埋设的监测设备与滑坡表层紧密耦合，设备之间相互独立，互不干涉，监测每个监测点水平、垂直位移变化值；(4)确定滑坡位移每个监测点合成总位移值S(ij与垂直位移方向率；(5)确定滑坡失稳性质与抗滑桩空间加固位置；(6)确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度:利用垂直位移方向率确定坡体剖面剪切滑移带形状曲线，并确定真实二维剪切滑移带曲线I1...Yj...ym，共得到m个曲线，运用所得剪切滑移带曲线确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度；(7)确定滑坡抗滑桩桩长；(8)抗滑桩的信息化施工。
所述步骤(I)具体方法是:对滑坡前缘剪出口、后缘拉张破裂壁、边坡冲沟周界三个滑坡要素进行测绘和测量，确定前缘剪出口、后缘拉张破裂壁展布位置与深度，进而确定滑坡坡体区域。所述步骤(3)还包括利用户外数据收集装置数据采集器将数据实时传输到智能远程监测站，对传输数据利用Microsoft Office Excel初步处理分析,并录入Excel表格。所述步骤(4)包括:(41)利用步骤(3)中监测数据确定每个监测点的合成总位移值，并建立表格；(42)定义垂直位移方向率为监测点的垂直累计位移与水平累计位移之比。所述步骤(5)的具体方法是:(51)由j列中相邻两点位移变形监测点的合成总位移值得出如下关系:①合成总位移值S(i, pS(i+1, β:表明滑坡坡体后缘变形大于滑坡前缘变形，即滑坡坡体后缘处于拉伸状态，滑坡前缘处于挤压状态，索锢段位置处于滑坡坡体前缘，此滑坡为推移式滑坡，抗滑桩空间加固位置确定在滑坡坡体中后缘位移变形监测点范围内；②合成总位移值S(i, j〈S(i+1, j0:表明滑坡坡体后缘变形小于滑坡前缘变形，即滑坡坡体后缘处于挤压状态，滑坡前缘处于拉伸状态，索锢段位置处于滑坡坡体后缘，此滑坡为牵引式滑坡，抗滑桩空间加固位置确定在滑坡坡体中前缘位移变形监测点范围内；③合成总位移值S(M) ^ S(ij:表明滑坡坡体后缘变形与滑坡前缘变形相差不多，即表明滑坡坡体为均匀整体变形，为整体平移式滑坡，抗滑桩空间加固位置宜在滑坡坡体位移变形监测点范围内均匀布置；(52)结合步骤(51)比较各列合成总位移值，确定该监测滑坡失稳性质，即推移式滑坡或者牵引式滑坡或者整体平移式滑坡，以此确定抗滑桩总空间加固区域与位置。
所述步骤(6)中的坡体剖面剪切滑移带形状曲线具体包括:①、确定滑坡剪切带初始回归方程、确定初始增量、迭代求解、求二次增量、确定二维剪切滑移带曲线。具体过程如下:①、确定滑坡剪切带初始回归方程用监测点的位移方向率代替二维剪切滑移带曲线斜率，即以坡面某监测点的位移方向率代替其垂直下方二维剪切滑移带处曲线斜率，求得初始回归方程:Yj' = !^+R2X+! -2+...(a)式中:y/代表j列网格线下二维剪切滑移带斜率；x为相应点的横坐标；将j列网格线上监测点的横坐标数据带入公式(a)，利用最小二乘法回归求出上式(a)中未知系数R1、R2…之值，得剪切滑移带初始方程:
权利要求
1.一种利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法，其特征在于，步骤如下: (1)针对待治理边坡地质进行调查分析与评价，确定滑坡坡体区域； (2)坡体网格划分及位移监测点位置选取:对滑坡坡体区域进行m*n方形网格划分，网格大小按照实际坡体大小确定，其中，m、η均为大于等于3的整数，m为网格纵向等间距划分线数，即研究坡体剖面下二维剪切滑移带曲线形状对应的线数；n为网格横向等间距划分线数；位移监测点由若干个位移监测基准点和位移变形监测点组成，位移监测基准点设为K1Ix, X为大于等于3的整数，设定在监测滑坡坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网；滑坡位移变形监测点布置在滑坡坡体区域内的网格线交点上，位移变形监测点编号以矩阵形SF(ij表示，其中，1、j为整数，i = Γη, j = Γπι, 1、j分别为边坡冲沟周界由左到右、从后缘拉张破裂壁到前缘剪出口依次计数； (3)监测设备安装及位移监测:根据步骤(2)对应安装位移变形监测点的无线监测设备及位移监测基准点的监测设备，使埋设的监测设备与滑坡表层紧密耦合，设备之间相互独立，互不干涉，监测每个监测点水平、垂直位移变化值； (4)确定滑坡位移每个监测点合成总位移值S(ij与垂直位移方向率； (5)确定滑坡失稳性质与抗滑桩空间加固位置； (6)确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度:利用垂直位移方向率确定坡体剖面剪切滑移带形状曲线，并确定真实二维剪切滑移带曲线Y1...Yj-..ym，共得到m个曲线，运用所得剪切滑移带曲线确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度； (7)确定滑坡抗滑桩桩长； (8)抗滑桩的信息化施工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)具体方法是:对滑坡前缘剪出口、后缘拉张破裂壁、边坡冲沟周界三个滑坡要素进行测绘和测量，确定前缘剪出口、后缘拉张破裂壁展布位置与深度，进而确定滑坡坡体区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括利用户外数据收集装置数据采集器将数据实时传输到智能远程监测站，对传输数据利用Microsoft OfficeExcel初步处理分析,并录入Excel表格。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括: (41)利用步骤( 3)中监测数据确定每个监测点的合成总位移值，并建立表格； (42)定义垂直位移方向率为监测点的垂直累计位移与水平累计位移之比。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体方法是: (51)由j列中相邻两点位移变形监测点的合成总位移值得出如下关系: ①合成总位移值S(i,j>S(i+1, β:表明滑坡坡体后缘变形大于滑坡前缘变形，即滑坡坡体后缘处于拉伸状态，滑坡前缘处于挤压状态，索锢段位置处于滑坡坡体前缘，此滑坡为推移式滑坡，抗滑桩空间加固位置确定在滑坡坡体中后缘位移变形监测点范围内； ②合成总位移值S(i,a〈S(i+1, j0:表明滑坡坡体后缘变形小于滑坡前缘变形，即滑坡坡体后缘处于挤压状态，滑坡前缘处于拉伸状态，索锢段位置处于滑坡坡体后缘缘，此滑坡为牵引式滑坡，抗滑桩空间加固位置确定在滑坡坡体中前缘位移变形监测点范围内； ③合成总位移值S(ij^ S(ij:表明滑坡坡体后缘变形与滑坡前缘变形相差不多，即表明滑坡坡体为均匀整体变形，为整体平移式滑坡，抗滑桩空间加固位置宜在滑坡坡体位移变形监测点范围内均匀布置； (52)结合步骤(51)比较各列合成总位移值，确定该监测滑坡失稳性质，即推移式滑坡或者牵引式滑坡或者整体平移式滑坡，以此确定抗滑桩总空间加固区域与位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的坡体剖面剪切滑移带形状曲线具体包括:①、确定滑坡剪切带初始回归方程、确定初始增量、迭代求解；④、求二次增量、确定二维剪切滑移带曲线。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)利用垂直位移方向率确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度采用如下方法求取:因 坡体表面上任一监测点向滑坡内部作竖直垂线可以在初始剪切滑移带上找到相应的一点，使监测点附近的坡体沿着这两点切线方向滑动，在这两点间无相对位移，监测点与垂直下方对应点附近的坡体沿着与两点连线的垂直方向滑动，在其连线上没有位移；则可根据滑坡位移监测点位置选择滑坡网格线j所处的剖面建立坐标系，选择滑体后缘起始破裂壁为坐标原点，确定坡面网格线j列位移监测点坐标F(ij (x, y)，并与步骤(4)中位移监测点的垂直位移方向率一一对应。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)具体方法是:计算滑移坡面到其垂直下方剪切滑移带位置差值，得到监测坡体的剪切滑移带厚度，即坡体剪切滑移带临界深度八氏；再按照021'0219-2006《滑坡防治工程设计与施工技术规范》的要求或者地区性规范规定，确定抗滑桩入岩深度Iii = (1/3-2/5)Η，则可以确定抗滑桩总的桩长，即H =Δ Hfhi ο
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)具体方法是:按照DZT0219-2006《滑坡防治工程设计与施工技术规范》的要求或者地区性规范规定，利用所得的抗滑桩空间位置布置和桩长进行信息化施工，施工完成后，继续利用位移监测设备监测滑坡的位移变形，以便评价滑坡抗滑桩设计的有效性；若施工后滑坡坡体位移变化符合相关变形规范要求，则认为抗滑桩设计成功；若施工后滑坡坡体位移变化有继续增大趋势，则需重新进行抗滑桩加密等措施重新优化和治理此滑坡。
全文摘要
本发明公开了一种利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法，适用于堆积层滑坡抗滑桩桩位和临界深度的确定与设计。步骤如下(1)针对待治理边坡地质进行调查分析与评价，确定滑坡坡体区域；(2)坡体网格划分及位移监测点位置选取；(3)监测设备安装及位移监测；(4)确定滑坡位移每个监测点合成总位移值S(i，j)与垂直位移方向率；(5)确定滑坡失稳性质与抗滑桩空间加固位置；(6)确定滑坡坡体剪切滑移带临界深度；(7)确定滑坡抗滑桩桩长；(8)抗滑桩的信息化施工。本发明投资成本少，设计原理可靠，位置确定精度高，简便快捷，易于实施，工程应用性强。
文档编号G06F17/50GK103150421SQ20131004198
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月2日 优先权日2013年2月2日
发明者贺可强, 王荣鲁, 郭宗河, 李增涛, 王海艇 申请人:青岛理工大学