一种农村建房切坡设计方法

1.本发明涉及岩土技术技术领域，尤其涉及一种农村建房切坡设计方法。


背景技术：

2.边坡是工程建设活动及人类生存中常见的自然地质环境之一。边坡岩土体失稳后产生的崩塌、滑坡等地质灾害会带来难以估计的损失。
[0003] 目前研究方法主要是针对现状边坡稳定性进行评价，借助于定性方法和定量分析法，其中定性方法，如地质分析法(历史成因分析法)、工程地质类比法、图解法；定量分析法，如极限平衡法，数值分析方法，其中极限平衡法常用的有条分法、圆弧法、bishop法、janbu法等。但是大多数研究都未从灾体本身特征与致灾因子之间的综合关系来分析不同边坡开挖工况下对边坡的稳定性影响，也未从定量的角度给出边坡工程开挖建设方案。并未提出通识性的结论指导农村建房切坡方案设计。在建房初期就通过有效的方案设计能够降低灾害风险，提高政府管理效率。
[0004]
现有的建房切坡方案设计存在以下几点问题：
①
并未采用适合研究区的准确岩土体物理力学参数。
②
在研究边坡稳定性时并未考虑坡高、坡角、切坡角度、覆盖层厚度等影响因素。
③
并未提出适合推广应用的公式。
④
并未考虑设计房屋安全距离。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种农村建房切坡设计方法。
[0006]
本发明的实施例提供一种农村建房切坡设计方法，包括以下步骤：
[0007]
s1：通过现场取土后开展室内试验获取岩土体参数，所述岩土体参数包括岩土体粘聚力、内摩擦角、重度；
[0008]
s2：对切坡参数中的多个参数分别进行不同取值，将切坡参数的参数进行组合，根据岩土体参数，基于geostudio模拟计算各参数组合下的切坡稳定系数及潜在滑动面积；
[0009]
s3：通过多元拟合，得到切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式，潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式；
[0010]
s4：基于潜在滑动面积，根据切坡型滑坡灾害运动距离公式，得到房屋设计安全距离。
[0011]
进一步地，将切坡划分为土质切坡和岩土混合切坡，所述土质切坡的切坡参数包括自然坡角、切坡高度和切坡坡角，所述岩土混合切坡的切坡参数包括自然坡角、切坡高度和覆盖层厚度。
[0012]
进一步地，步骤s2中，geostudio中切坡稳定系数计算方法为：
[0013]
根据极限平衡法，建立满足力的平衡及力矩平衡条件的微分方程式，根据整个滑动土体的边界条件求出问题的解：
[0014]en
(fs,λ)＝0；
[0015][0016]
y＝a
x
+b；
[0017]
式中，en为法向条间力；mn为条块侧面力矩，fs为稳定系数；x为切向条间力；e为法向力；n为条块数；λ，a，b均为任意常数。
[0018]
进一步地，步骤s3，通过多元非线性拟合，切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式为：
[0019][0020]
潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式为：
[0021][0022]
式中，分别为岩土混合切坡和土质切坡的切坡稳定系数，y
dsr
和y
ds
分别为岩土混合切坡和土质切坡的潜在滑动面积；x
1sr
，x
2sr
，x
3sr
分别为岩土混合切坡的自然坡角、切坡高度和覆盖层厚度；x
1s
，x
2s
，x
3s
分别为土质切坡的切坡高度、自然坡度和切坡坡度；a1～a4，b1～b4，c1～c4，d1～d4为经验参数。
[0023]
进一步地，岩土混合切坡中，切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式为：
[0024][0025]
潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式为：
[0026][0027]
进一步地，土质切坡中，切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式为：
[0028][0029]
潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式为：
[0030][0031]
进一步地，步骤s4中，房屋设计安全距离的计算公式为：
[0032]
d＝m*(v*tanθ)n；
[0033]
v＝s
×
l；
[0034]
式中，d为滑坡前缘至堆积最前缘水平距离；θ为滑坡坡体自然坡角； m，n为经验参数，v为滑动体体积；s为利用geostudio计算得到的潜在滑动面积；l为切坡长度，取决于人工设计长度。
[0035]
进一步地，步骤s4中，房屋设计安全距离的计算公式为：d＝0.37298* (v*tanθ)
0.53192
。
[0036]
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：采用室内试验确定研究区岩土体物理力学参数，基于geostudio模拟和多元非线性拟合计算不同参数组合下切坡稳定
系数及潜在滑动面积，结合切坡型滑坡运动距离，提出了农村建房切坡方案设计方法。
[0037]
考虑了不同切坡类型及切坡方式的组合，利用多元非线性拟合，将研究结果公式化，能够为专业人员高效开展切坡危险性评估提供便利。采用野外调查获取的滑坡运动距离经验公式，结合潜在滑动面积，能够得到切坡的潜在滑动距离，为房屋安全距离设计提供依据。
附图说明
[0038]
图1是土质切坡示意图；
[0039]
图2是潜在滑动面积示意图；
[0040]
图3是土质切坡稳定系数及潜在面积计算结果；
[0041]
图4是岩土混合切坡示意图；
[0042]
图5是岩土混合切坡稳定系数及潜在面积计算结果；
[0043]
图6是多元非线性拟合结果与数值模拟计算结果对比图；
[0044]
图7是滑坡灾害运动距离与体积、坡度的统计模型；
[0045]
图8是房屋安全距离模型。
具体实施方式
[0046]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
[0047]
本发明的实施例提供一种农村建房切坡设计方法，包括以下步骤：
[0048]
s1：通过现场取土后开展室内试验获取岩土体参数，所述岩土体参数包括岩土体粘聚力、内摩擦角、重度。
[0049]
人工切坡受地质环境因素和人类工程活动控制，多为土质切坡和岩土混合切坡。土质切坡不稳定因素主要是土体本身松散，土层厚度大的话易形成圆弧滑动。岩土混合切坡主要见于高度不大的人工边坡，其岩坡和土坡厚度大致相当，土层盖于岩层上部，下部岩层多为全强风化物，容易造成边坡失稳。岩土混合切坡中基岩为不滑动层所引起的整体滑动在研究区并不常见，通过野外调查发现研究区大多数滑塌发生在全风化层基岩中，且都是在切坡前缘出现滑塌，因此在计算中将下部基岩考虑为可能滑移的全-强风化层。野外获取土体及花岗岩全风化层，通过室内直剪试验得到饱和状态下的土体粘聚力为13.51kpa，内摩擦角为27
°
，重度为19.8kn/m3，全风化层的粘聚力为16.58kpa，内摩擦角为35
°
，重度为21.5kn/m3。
[0050]
s2：对切坡参数中的多个参数分别进行不同取值，将切坡参数的参数进行组合，根据岩土体参数，基于geostudio模拟计算各参数组合下的切坡稳定系数及潜在滑动面积。
[0051]
geostudio中切坡稳定系数计算方法为：
[0052]
根据极限平衡法，建立满足力的平衡及力矩平衡条件的微分方程式，根据整个滑动土体的边界条件求出问题的解：
[0053]en
(fs,λ)＝0；
[0054]
[0055]
y＝a
x
+b；
[0056]
式中，en为法向条间力；mn为条块侧面力矩，fs为稳定系数；x为切向条间力；e为法向力；n为条块数；λ，a，b均为任意常数。
[0057]
将切坡划分为土质切坡和岩土混合切坡，所述土质切坡的切坡参数包括自然坡角、切坡高度和切坡坡角，所述岩土混合切坡的切坡参数包括自然坡角、切坡高度和覆盖层厚度。
[0058]
示例性地，请参考图1，对土质切坡进行研究，控制第一斜坡高度为 25m，改变自然坡角β(20
°
、30
°
、40
°
)、切坡高度h(2m、4m、6m、8m) 和切坡坡角α(60
°
、70
°
、80
°
、90
°
)，组成48种切坡方案进行模拟计算。参考图2，例如设计一个自然坡角为40
°
，切坡坡角为80
°
，切坡高度为6m 的切坡，通过geostudio自动搜索最不利滑动面(如图2所示)，稳定系数为0.885，潜在滑动面积约为23.54m2，滑面剪出口位于切坡坡脚处。利用这种方式得到所有计算结果，参考图3。随着自然坡角和切坡高度增加，切坡稳定性逐渐降低。降低切坡坡角可以提高边坡的稳定性。自然坡角为20
°
时，稳定性较好，切坡高度大于6m，切坡稳定性处于欠稳定～不稳定阶段。自然坡角为30
°
时，稳定性一般，切坡坡角为90
°
时，切坡高度大于4m就可能出现失稳。自然坡角为40
°
时，稳定性较差，切坡高度大于4m就易发生失稳现象。
[0059]
请参考图4，对岩土混合切坡进行研究，控制第一斜坡高度为25m，改变自然坡角β(20
°
、30
°
、40
°
)、覆盖层厚度h(1m、2m、3m、4m)和切坡高度h(2m、4m、6m、8m)，组成48种切坡方案进行模拟计算。为减少计算量，默认切坡坡角90
°
为最不利工况。利用这种方式得到所有计算结果，参考图5。自然坡角、切坡高度和覆盖层厚度增加都会引起岩土混合切坡稳定系数降低。切坡高度对稳定性影响最大，当切坡高度达到8m后，稳定性均为欠稳定-不稳定。
[0060]
s3：结合上述计算结果，通过多元拟合，得到切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式，潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式。
[0061]
具体地，通过多元非线性拟合，切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式为：潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式为：
[0062]
本实施例中，切坡稳定系数与切坡参数的拟合公式为：
[0063][0064]
潜在滑动面积与切坡参数的拟合公式为：
[0065][0066]
式中，分别为岩土混合切坡和土质切坡的切坡稳定系数，y
dsr
和y
ds
分别为
岩土混合切坡和土质切坡的潜在滑动面积；x
1sr
，x
2sr
，x
3sr
分别为岩土混合切坡的自然坡角、切坡高度和覆盖层厚度；x
1s
，x
2s
，x
3s
分别为土质切坡的切坡高度、自然坡度和切坡坡度；a1～a4，b1～b4，c1～c4，d1～d4为经验参数。参考图6，通过数值模拟算出来的结果与公式拟合结果进行比对，得到公式有较好的拟合程度。
[0067]
s4：切坡型滑坡运动距离分析则是为了构建房屋安全距离，参考图7，基于潜在滑动面积，根据切坡型滑坡灾害运动距离公式，得到房屋设计安全距离。
[0068]
具体地，房屋设计安全距离的计算公式为：d＝m*(v*tanθ)n； v＝s
×
l；式中，d为滑坡前缘至堆积最前缘水平距离；θ为滑坡坡体自然坡角；m，n为经验参数，v为滑动体体积；s为利用geostudio计算得到的潜在滑动面积；l为切坡长度，取决于人工设计长度。
[0069]
本实施例中，房屋设计安全距离的计算公式为：
[0070]
d＝0.37298*(v*tanθ)
0.53192
。
[0071]
根据此区域的滑动距离可以构建房屋安全距离模型。参考图8，居民根据自身需求进行切坡选择，通过计算得到房屋预留的安全距离。在安全距离之类可以选择修筑农田或者道路。如果用地不能满足预留安全距离，可以通过削坡在后缘进行支护，减少切坡型滑坡的危险性。
[0072]
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
[0073]
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0074]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。