专利名称：滑坡和边坡病害治理的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及滑坡、边坡等地质灾害的治理措施。
背景技术：
滑坡是常见的地质灾害，为防止其破坏，在工程上必须采取措施进行治理。 滑坡或边坡治理常用的措施是抗滑桩或锚索框架(地梁)。但现有技术有如下不 足
1) 对大滑坡推力、滑面深度大的滑坡体，设置抗滑桩的难度很大。
2) 常规抗滑结构物施工，需在滑坡体上向地下开挖至滑床持力层中，以构 筑支挡结构物，其工作的艰苦与危险性极大，由于抗滑桩施工需要在活动的滑
坡体里爆破开挖大深度的桩井(有时桩井深达70米)，并需在桩井中进行钢筋
混凝土施工、钻机钻进锚索施工，因这些施工都是人工在桩井中操作，其施工 是异常的艰难、危险和艰苦的在施工中极易发生人身伤亡事故。同时由于滑坡 本身的不稳定，在进行相关施工时又会进一步加剧这种不稳定，极容易在施工 中发生灾害。
3) 抗滑桩、锚索框架(地梁)等常规抗滑结构其材料消耗大，且造价高。
4) 常规抗滑结构物的材料不是在最合理受力方式下工作，不能有效的发挥
材料的力学性能。例如，抗滑桩的桩体受弯矩与剪力的作用，易发生失效破坏。
发明内容
本发明提供一种新的治理滑坡方法，由这种方法形成一种治理滑坡及边坡 病害的装置。
本发明阻止滑坡和边坡下滑的方法是按设计要求的间隔在下部坡脚与滑面 相交处之下方设置下支墩，并在与各下支墩对应的位置在滑面之上方设置上支 墩，在各上、下支墩上分别设置拉索的一端，设置于上支墩上的拉索的另一端穿过滑坡体设置于滑面下的稳定地层内，设置于下支墩上的拉索的另一端设置 于滑面之上的稳定地层内，在对应的上、下支墩之间的滑坡体内采用弹性材料 形成一个呈类似悬链线的索线体，其中索线体的凸出部分指向滑坡推力方向。 各索线间的距离满足相邻两索线间滑坡体的稳定条件(这一稳定条件是指相邻两 索线体间的滑体在索线体的支撑下保持稳定平衡，既不发生滑动，也不发生从 两索线体间膨出的现象)。本发明的方法中各索线体平面最好与水面线垂直，但
根据不同的地质条件，可以允许索线体平面与水平面间的夹角在90±8度范围内。
本发明的阻止滑坡和边坡下滑的方法中，索线体是用滑体本身材料注浆加 固，或者利用滑体本身材料旋喷加固、深层搅拌加固，或者用素混凝土浇筑等 方法形成，在具体确定索线体形成方法时，应根据现场地质情况，组成地层岩 土材料的不同确定。
本发明的阻止滑坡和边坡下滑的方法中所形成的索线体为多段直线段组成 的包裹理论计算所得索线体的线体，与理论计算所得索线体曲线体形状相近似 的线体。
本发明的基本思想受到绳索受力的启示，参见附图1，图1的左边为绳索在 受到集中力或分布力的作用时的情状，绳索在受到外力时只能改变其形状，绳 索的内力只有轴力，也就是拉应力，而无弯矩和剪力。同样，如果将前述的绳 索改变成刚性或弹性材料，在此称这种特殊的绳索为索线或索线体，同时将其 受力改变，即将"绳索"也就是索线的受力按轴对称的翻转，这时这条曲线形 式的结构体的内力同样只有轴力(压应力)，无弯矩和剪力。在滑坡体下部坡脚 与滑面相交处之下方设置下支墩，在与各下支墩对应的位置在滑面之上方设置 上支墩，在各上、下支墩上分别设置拉索的一端，位于上支墩上的拉索的另一 端穿过滑坡体设置于滑面下的稳定地层内，设置于下支墩上的拉索的另一端设 置于滑面之下的稳定地层内，同时将数个前述索线设置于滑坡体内，使索线的
凸出部分指向滑坡下滑方向，使索线的两个端点，即图1中外力Tl与T2所指的索线端点分别固定于上支墩与下支墩上，这样整个滑坡体的下滑力就受到各 方索线的作用的阻挡，以至约束而被固定，参见图2所示。
显然本发明的呈类似悬链线的索线体具体形状、设置的索线数量及索线的 具体截面参数均可根据实施地的具体地质条件及理论计算得出。其中 滑坡体的滑坡推力=滑坡下滑力 一滑坡抗滑力 滑坡推力的计算可以采用常规的计算方法，如推力传递法、滑弧法。 本发明的优点如下
1、 本发明的索线体结构是在滑坡体中形成合理支挡力学结构，可有效的发 挥材料的力学性能。
2、 本发明的索线体形成方式是以加固滑体本体地质材料构筑支挡结构物； 或部分以素混凝土材料构筑支挡结构物，因此其材料的消耗及工程造价均低于 现有技术。
3、 本发明采用索线(合理轴线)设计理论和设计方法的抗滑结构设计，减 少或不进行地下施工(既人不进入或少进入地下施工)，从而克服施工的艰苦性 与危险性，因此其施工的工程量及施工危险程度均小于现有技术。
4、 根据理论的分析与计算表明索线体工作中不存在剪力与弯矩，仅存在轴
力(关于这一点可参见索线计算理论及拱计算理论)，这是本发明最大的一个特
点。由于岩土材料抗剪抗弯性能较弱，而抗压性能强且稳定。本发明索线体工
作中仅存在轴力这一特征与岩土材料抗压性能强且稳定这一性能相适应，即结
构应力分布特征与材料强度性能的相适应性保证了这一受力结构体系工作的稳 定与可靠性。
图1为绳索受力与对称的索线受力状态示意图，
图2为本发明的索线体与滑坡力相互作用的示意图， 图3为下支墩受力分析图，图4为实施例的索线(合理轴线)理论分析计算结果图，
图5为实施例的索线轴力理论分析计算结果图， 图6为实施例的下支墩受力分析计算结果图， 图7为索线体、滑面、下支墩、下拉索相互关系图， 图8为实施例的下支墩侧向尺寸图， 图9为实施例的下支墩法向尺寸图，
图IO为实际施工中索线加固体在滑坡断面上的示意(即以直线体包裹理论 索线体)。
具体实施例方式
以下为本发明的一个实施例。
1、 原始资料及索线分析计算 原始数据
滑坡推力(6m) =2154t 单宽推力二359t 滑面深度H=44m 计算间距D=6m 推力分布系数K=2.225207 上索拉力P0=528t 上索倾角a =23°
(注上索拉力和上索倾角是由调整索线形状得到的)
2、 索线的数学力学分析
a、 索线方程
<formula>formula see original document page 6</formula>
b、 索线轴力方程
索线轴力(以荷载三角形分布为例)iV = g
上式中 <formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 7</formula>
式中
<formula>formula see original document page 7</formula>
4j9)+(^o2-2a)2 其中&、户y、 h,A分别为
按索线(合理轴线)设计理论经分析计算得索线参数，见表1:(注计算 结果己进行反求计算归零验算。)
3、索线体计算断面设计及索线体施工断面设计 a、索线体的计算断面
根据索线不同位置处的轴力和加固后的索线体轴向设计允许抗压强度得.-计算断臓-jfe
计算断面积结果见表1 (索线体轴向设计允许抗压强度取5MPa ，也可根据 现场试验确定)
表l:索线参数
XyXY厶轴力y.计算断面积
00000528-0.424471.056
-2.35405i-0.00055-0.00130.001408526.97602-0.425451.053952
-4.697322-0.00446-0.0 ]0410.011326523.90626-0.42841.0478125
-7.019023-0.01535-0.035420.038602518.79734-0.43341.0375947
-9.308364-0.03741-0.08490.092778511扁77-0.440611.0233215
-11.55465-0.07575-0.168240.184506502.51362-0.450241.0050272
-13.74686-0.13689-0.295920.326051491.37965-0.46260.9827593
-15.87447-0.22944-0.47990.531926478.29091-0.47810.9565818
-17.92648-0.36503-0.733960.819721463.29016-0.497340.9265803
-19.89229-0.55972-1.074121.211209446.43421-0.52110.8928684
-21.760910-0.83615-1.51891.733842427.79891-0.550490.8555978
-23.521711-1.22663-2.089322.42278407.48649-0.587090.814973
-25.163912-1.77807-2.808043.323646385.6364-0.633210,7712728
-26.676613-2.55926-3.696694.496149362.44194-0.692310.7248839
-28.049214-3.67164-4.768846.018536338.17565-0.769920.6763513
-29,270715-5.26394-6.01377.992102313.2289-0.875320.6264578
-30.330416-7.5477-7.360910.5428288.17298-1,025380.576346
-31.217617-10,7992-8.6113.81139263.85078-1.254260.5277016
-31.921418-15.3016-9.3114617.91207241.50207-1.643310.4830041
-32,431119-21.1264-8.6404622.82506222.89374-2.445060.4457875-32.735820-27.6705-5.4970828.21122210.33775-5.033670.4206755
-32.824821-33.27950.74711233.28784206.3580244,544150.412716
-32.687322-35.95689,14552237.10164212.874713.9316280.4257494
-32.312523-35駕417.4350839.17242230.383922.0119450.4607678
-31.689624-31.793823.8612539.75176257.944611.3324430.5158892
-30.807925-27.67728.085439.431293.921440.9854580.5878429
-29.656526-23.724230,5994338.7歴336.701370.7753150.6734027
-28.224727-20.320132.0168337.92073385.002590.6346680.7700052
-26.501728-17.518232.7982537.1835437.898010.534120.875796
-24.476629-15.247633.2342136.56503494.740160.4587910.9894803
-22.138830-13.409633.4947336.07927555.079440.4003481.1101589
-19.477431-11.913133.6759235.721618.600980.3537571.237202
-16.481632-10.683833.8309435.47784685扁960.3158011.3701619
-13.140733-9.6638133.9885635.3357754.357520.2843251.508715
-9.4438234-8.8086734.1637735.28109826.311550.2578371.6526231
-5.3802335-8.0845634.3637735.30196900.853870.2352641.8017077
-0.9391436-7.465634.5914435.3879977.916660.2158221.9558333
3.89025137-6.9318434.8472635.530021057.44760.1989212.1148951
9.11871938-6.4677835.1304135.720831139.40560.1841082.2788112
14.7570539-6.0612735.439435.9541223.75840.1710322.4475167
20.8160440-5.702735.772536.224191310.47980.1594162.6209595
27.3064641-5.3843936.1278536.526881399.54880.1490372.7990976
34.2391142-5.薩636.5036636.858221概94820.1397162.9818964
41.6247743-4.8449836.8982137.214941584.66370.1313073.1693275
49.4742344-4.6147437.3099237.594231680.68370.1236873.3613673
表1中x、 y分别是索线体形状的坐标
X、 Y分别各不同深度处力矩中心点的坐标
A为到力矩中心点的距离
y'为索线体的斜率
计算断面积是索线体在相应坐标处的截面积 b、索线体施工断面设计
计算索线体是曲线体，而从临空面进行地基加固只能走直线，因此只能用 分段直线加固体来包裹曲线索线体，参见附图10。图10中所示为施工索线加固 体在滑坡断面上的表达。
3、上支墩与上拉索的设计
a、上拉索设计拉力二528 t，采用6束80sl5,2钢绞线组成，每束设计荷载
88 t;
拉索倾角二arctg(0.42447)-23。，平面相邻展开2° ;每束拉索设计长度115米，锚固长度15米。b、上支墩设计 上支墩法线倾角 arctg(0.42447)=23° ，4、下支墩与下拉索的设计 下拉索设计下支墩处索线体轴力=1680.6837t, 轴力方向二arctg(0.123687)-7.05。， 下拉索设计拉力二739t，采用9束80sl5.2钢绞线组成，每束设计荷载88t;拉索倾角=27.21° ，相邻束拉索展开5。；每束拉索设计长度25米，锚固 长度15米。下支墩设计下支墩把索线体的轴力通过下拉索的作用后改变方向，使轴力按指定的方 向通过下支墩安全导入滑面以下的持力地层；导入滑面以下的轴力为1148.241，方向为28.29° 。 下支墩由C25混凝土浇筑，结构尺寸见图8、图9。下支墩与下拉索和索线体之间的相对位置尺寸、力的相互作用、力的作用 点由图6所示。按照以上的参数即可在滑坡体上进行施工，索线体的建立是用滑体本身材 料注浆加固，或者利用滑体本身材料旋喷加固、深层搅拌加固，或者用素混凝 土浇筑等多种施工方式实现，实际的索线体可以用多段直线段组成的与理论计 算所得索线体曲线体形状相近似的线体近似。本实施例中，相邻的两个索线体间的距离为6米。 本发明与现有技术的经济性比较如下以下用同样地形地质条件下的滑坡治理工程，索线体支档结构与多锚点锚 索抗滑桩支档结构进行经济性比较。多锚点锚索抗滑桩单桩费用估算主要工程项目工程名称单位数量估算单价估算造价锚索6束8根m690480331200锁口护壁C20钢筋混凝 土m3204國285516抗滑桩C25钢筋混凝 土m35271500790560开挖桩井土石方731200146196合计(元)1553472索线体支档结构单体费用估算主要工程项目工程名称单位数量估算单 价估算造价锚索17束8根m915480439200下支墩C25混凝土3 m8150040285上支墩C25钢筋混凝 土3 m115002025支墩开挖土石方3 m23810023800索线体索线加固体1331400532400合计(元)1037710从单体费用估算表可见，在同等外部条件下，索线体支档结构造价仅为锚索抗滑桩支档结构造价的0.66倍。在上述设计简例中，当滑坡体宽度为186m， 需要用30根锚索抗滑桩进行抗滑支档，利用索线体支档结构进行支档就大约可 以节省直接投资1547万元。
权利要求
1、阻止滑坡和边坡下滑的方法，其特征是按设计要求的间隔在下部坡脚与滑面相交处之下方设置下支墩，并在与各下支墩对应的位置在滑面之上方设置上支墩，在各上、下支墩上分别设置拉索的一端，设置于上支墩上的拉索的另一端穿过滑坡体设置于滑面下的稳定地层内，设置于下支墩上的拉索的另一端设置于滑面之下的稳定地层内，在对应的上、下支墩之间的滑坡体内采用弹性材料形成一个呈类似悬链线的索线体，其中索线体的凸出部分指向滑坡推力方向，各索线间的距离满足相邻两索线间滑坡体的稳定条件。
2、 根据权利要求所述的阻止滑坡和边坡下滑的方法，其特征是索线体是用 滑体本身材料注浆加固，或者利用滑体本身材料旋喷加固、深层搅拌加固，或者用素混凝土浇筑方法形成。
3、 根据权利要求1或2所述的阻止滑坡和边坡下滑的方法，其特征是所形成的索线体为多段直线段组成的包裹理论计算所得索线体的线体，与理论计算 所得索线体曲线体形状相近似的线体。
全文摘要
本发明公开一种滑坡、边坡等地质灾害的治理的技术方案。本发明的技术方案是按设计要求的间隔在下部坡脚与滑面相交处之下方设置下支墩，并在与各下支墩对应的位置在滑面之上方设置上支墩，在各上、下支墩上分别设置拉索在对应的上、下支墩之间的滑坡体内采用弹性材料形成一个呈类似悬链线的索线体，其中索线体的凸出部分指向滑坡推力方向。各索线间的距离满足相邻两索线间滑坡体的稳定条件。本发明的方法中各索线体平面最好与水面线垂直，但根据不同的地质条件，可以允许索线体平面与水平面间的夹角在90±8度范围内。
文档编号E02D17/20GK101654912SQ200910175599
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者刘振明 申请人:中铁西北科学研究院有限公司