CN110847141B - 一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及边坡下滑推力计算方法，具体是一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法。本发明解决了现有边坡下滑推力计算方法结果与真实值偏差大的问题。一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，采用测斜管对边坡深部变形进行位移监测，得到边坡深部的连续变形量；对边坡岩土试样开展室内力学试验分析，得到边坡的内部岩土层弹性模量；基于弹性变形原理得到边坡的应力状态,进而推导出边坡下滑推力与推力形状分布。根据推力计算结果，采取相应的工程处理措施。

Description

一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法
技术领域
本发明涉及边坡下滑推力计算方法，具体是一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法。
背景技术
边坡下滑推力计算是边坡防治技术和方法的关键。在现有技术条件下，边坡下滑推力计算方法主要包括BISHOP法、传递系数法、不平衡推力法等，在假定下滑面位置及其力学参数已知的基础上，按照其适用条件(如BISHOP法忽略了条间力产生的力矩，并假设土条竖直侧向力为0)计算潜在滑动面的下滑推力。但是，以上手段往往存在以下缺点：1、实际滑动面往往未知，因此设计的滑动面是一个虚拟位置，与真实位置差异较大；2、受限于计算方法的适用问题，下滑滑移面形状只能为圆弧形或坡度不大的折线形，滑动面形状不符合时其计算结果偏差极大；3、计算所用的滑动面力学参数值大部分为推测值(极少的力学参数值为真实现场试验测试值)，其数值较真实值之间差别导致计算数值与真实下滑力差异极大。以上原因导致下滑推力计算不准确，进而导致工程设计与实际差异较大，造成一些工程浪费。
发明内容
本发明针对上述现有工程技术存在的困难，提供了一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法。
本发明采用测斜管对边坡深部变形进行位移监测，得到边坡深部的连续变形量；对边坡岩土试样开展室内力学试验分析，得到边坡的内部岩土层弹性模量；基于弹性变形原理得到边坡的应力状态，进而推导出边坡下滑推力与推力形状分布。根据推力计算结果，采取相应的工程处理措施。
为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，所述监测装置包括以下部件：测斜管、套管、锥体、顶盖和测斜仪，其中测斜仪为测量测斜管的变形的电子仪器。
一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，所述方法包括以下步骤：
1)确定安装孔孔位；在边坡最危险断面上剩余下滑力最大区域选择合理的位置钻孔；根据不同边坡下滑特点，安装孔位置可选择在距离滑动面剪出口Ls/3～Ls/2位置范围内(Ls为滑动面剪出口和滑坡后缘拉裂缝在水平面的投影长度)；
2)钻孔与取样；利用工程钻机钻孔形成测斜管安装孔；在钻进过程中，钻进深度和岩土分层深度的测量精度不应低于5cm；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度等各类性质；钻进过程中随时注意地层的破碎、密度、湿度等变化情况，详细观察和分析滑动面位置；保证岩土试样质量，并妥善密封保存；所述钻进方式的选择原则如下：
a.当边坡为土质边坡时，钻进方式为干钻(冲击钻、锤击钻)；
b.当边坡为岩质边坡或岩土混合质边坡时，钻进方式为湿钻(回旋钻)；
3)根据钻进方式对安装孔进行合理处理；具体处理原则如下：
a.当钻进方式为干钻时，对测斜孔不进行任何处理；
b.当钻进方式为湿钻且边坡为岩质边坡时，先用清水对测斜孔进行清洗，再用抽水泵将测斜孔内的水抽干；
c.当钻进方式为湿钻且边坡为岩土混合质边坡时，直接用抽水泵将测斜孔内的水抽干；
4)安装测斜管；使用游标卡尺测量测斜管内管直径D；装有锥体的测斜管先置入安装孔，首尾顺序连接两根测斜管，将两管端头紧密相接(无空隙)，然后用螺钉将套管和两根测斜管紧密连接；如此往复连接直至测斜管至安装孔底部，测斜管管口高出地面0.5～1m，过高测斜管需截断；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直于测量边坡面，另外一对凸肋平行于测量边坡面；
5)回填；在测斜管与安装孔之间填充不同材质的回填材料，固定测斜管；所述回填材料的选择原则如下：
a.当边坡为土质边坡时，回填材料为砂质材料，不宜使用膨润土，在软土地区严禁使用体积膨胀系数大于1的土；
b.当边坡为岩质边坡时，回填材料为砂、最大粒径小于1cm的碎石、经清洗的湿钻岩芯粉的等材料；
c.当边坡为岩土混合质边坡时，回填材料在岩石层选用最大粒径小于1cm的碎石和砂的混合物，土层选用砂质材料；
6)采用水泥砂浆封闭安装孔；
7)进行边坡深部测量；采用测斜仪等仪器由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉j┉L-1、L(孔底编号为1，地面上出露端为L)；第1次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure GDA0003224213040000031
第2次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure GDA0003224213040000032
第3次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure GDA0003224213040000033
第n次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure GDA0003224213040000034
8)边坡力学性质确定；对钻孔过程中的岩土进行分层，将力学参数类似的层位视为同一层，确定滑动面以上岩土的分层数i；开展室内试验，确定其地层的弹性模量Ei；
9)数据处理；边坡推力的计算；
测斜管的第二次的应变，由下至上各点的应分别为：
第一点应变：
Figure GDA0003224213040000041
第二点应变：
Figure GDA0003224213040000042
第j点应变：
Figure GDA0003224213040000043
第L-1点应变：
Figure GDA0003224213040000044
第L点应变：
Figure GDA0003224213040000045
测斜管的第n次的应变，由下至上各点的应分别为：
第一点应变：
Figure GDA0003224213040000046
第二点应变：
Figure GDA0003224213040000047
第j点应变：
Figure GDA0003224213040000048
第L-1点应变：
Figure GDA0003224213040000049
第L点应变：
Figure GDA00032242130400000410
式中：
Figure GDA00032242130400000411
为距离滑动面第L米深度在第n次测量的应变值，单位：无量纲；
Figure GDA00032242130400000412
为距离滑动面第L米深度在第n次测斜时的倾斜读数，单位：mm；D为测斜管内管直径，单位：mm；
第n次测量的边坡下滑推力可按照下式计算：
Figure GDA00032242130400000413
式中：Fn为边坡下滑推力，单位：kN；Ei为第i层岩土的弹性模量，单位：kPa；L为测斜管在边坡滑动带以上的长度，单位：m。
本发明的优点是：克服了既有技术和设计方法的缺点，工艺和材料原理清晰可行，试验可操作性极强，埋设方便，施工速度快，成本低。提供了一种可以根据变形推导边坡下滑推力的方法，该方法原理清晰，通过简单的多次边坡深部位移测量，即可以直接计算出土边坡下滑推力。可***安全状态，为正确判断结构的安全提供准确可靠的依据，及时采取措施防止安全事故的发生，并根据出现的异常情况，采取相应的处理措施，指导边坡工程设计、施工和养护。
附图说明
图1为本发明的监测装置布设剖面图；
附图标记说明
1─边坡滑动层 2─边坡滑动带 3─边坡稳定层 4─第1层岩土
5─第2层岩土 6─第i-1层岩土 7─第i层岩土 8─高程标杆尺
9─测斜管顶盖 10─测斜管 11─套管 12─测斜管锥体
13─安装孔 14─回填材料 15─滑动面剪出口 16─后缘拉裂缝
图2为测斜管变形曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
某岩石边坡长度为86m，在深度20m处存在一层泥岩，为边坡的软弱滑动带2。岩质边坡滑动层1岩石性质可分为两层，第1层岩土4厚度为7m泥质砂岩，第2层岩土5为厚度为13m的页岩。在设计时采用了本发明的边坡下滑推力技术。
监测元件
测斜管：采用PVC材质，外直径为80mm，厚度为10mm，单节长度为2.0m。
套管：外直径为100mm，厚度为10mm，单节长度为0.3mm，套管内壁有二对相互垂直“十字”形状、深2～3mm的凹型导向滑槽，用于嵌套测斜管的外壁凸肋，进而保证上下测斜管对齐。
仪器设备
钻进机械：XY-200型钻机。
抽水泵：离心泵，抽水压力不宜小于1Mpa。
测斜仪：标称量程±100mm，分辨率：2.0"，线性度：0.02％F.S，重复性：0.003％F.S，工作温度：-20℃～+50℃，承受水压：1.0MP。
步骤
1)在边坡中轴线断面距滑动面剪出口15的30m定测安装孔13；
2)钻孔与取样；使用XY-200型钻机形成测斜管安装孔13；钻进过程中采用湿钻(回旋钻)，部分破坏区域采用泥浆护壁；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度等各类性质，并采取岩芯；
3)进行清水洗孔，清洗孔壁与淤积物等杂质，然后抽水泵抽干安装孔13保证安装孔干燥；
4)使用游标卡尺测量测斜管10内管直径D为70mm；准备好的测斜管10置于安装孔13内，有锥体12的测斜管先置入安装孔13，首尾顺序连接两根测斜管10，将两管端头紧密相接(无空隙)，然后用螺钉将套管11和两根测斜管10紧密连接；如此往复连接直至测斜管10至安装孔底部，测斜管顶盖9高出地面0.5m；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直于测量边坡面，另外一对凸肋平行于测量边坡面；
5)在测斜管与安装孔之间回填材料，回填材料14采用砂；
6)采用水泥砂浆封闭安装孔13；
7)开展室内试验，确定第1层岩土4泥质砂岩的弹性模量E1为12500kPa，第2层岩土5页岩的弹性模量E2为3300kPa；
8)进行边坡深部测量；采用测斜仪等仪器由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉L-1,L(孔底编号为1，地面上出露端为L)；得到沿边坡滑动方向3次监测变形如图2；
9)进行数据处理，得到边坡推力的计算如表1。
表1边坡下滑推力计算
Figure GDA0003224213040000071
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)确定安装孔孔位；
2)钻孔与取样；利用工程钻机钻孔形成测斜管安装孔；在钻进过程中，钻进深度和岩土分层深度的测量精度不应低于5cm；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度；钻进过程中随时注意地层的破碎、密度、湿度，详细观察和分析滑动面位置；保证岩土试样质量，并妥善密封保存；
3)根据钻进方式对安装孔进行合理处理；
4)安装测斜管；使用游标卡尺测量测斜管内管直径D；装有锥体的测斜管先置入安装孔，首尾顺序连接两根测斜管，将两管端头紧密相接，然后用螺钉将套管和两根测斜管紧密连接；如此往复连接直至测斜管至安装孔底部，测斜管管口高出地面0.5～1m，过高测斜管需截断；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直于测量边坡面，另外一对凸肋平行于测量边坡面；
5)在测斜管与安装孔之间填充不同材质的回填材料，固定测斜管；
6)采用水泥砂浆封闭安装孔；
7)进行边坡深部测量；采用测斜仪由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉j┉L-1、L，孔底编号为1，地面上出露端为L；第1次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure FDA0003075252740000011
第2次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure FDA0003075252740000012
第3次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure FDA0003075252740000013
第n次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为
Figure FDA0003075252740000014
8)边坡力学性质确定；对钻孔过程中的岩土进行分层，将力学参数类似的层位视为同一层，确定滑动面以上岩土的分层数i；开展室内试验，确定其地层的弹性模量Ei；
9)数据处理；根据采集到的位移变形量计算出边坡下滑推力，具体计算公式如下：
Figure FDA0003075252740000021
式中：Fn为第n次测量时，边坡下滑推力，单位：kN；Ei为第i层岩土的弹性模量，单位：kPa；L为测斜管在边坡滑动带以上的长度，单位：m；
Figure FDA0003075252740000022
为距离滑动面第L米深度在第n次测斜时的倾斜读数，单位：mm；D为测斜管内管直径，单位：mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：在边坡最危险断面上剩余下滑力最大区域选择合理的位置钻孔；根据不同边坡下滑特点，安装孔位置在距离滑动面剪出口Ls/3～Ls/2位置范围内，Ls为滑动面剪出口和滑坡后缘拉裂缝在水平面的投影长度。
3.根据权利要求2所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：所述钻进方式的选择如下：当边坡为土质边坡时，钻进方式为干钻；当边坡为岩质边坡或岩土混合质边坡时，钻进方式为湿钻。
4.根据权利要求3所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：当钻进方式为干钻时，对测斜孔不进行任何处理；当钻进方式为湿钻且边坡为岩质边坡时，先用清水对测斜孔进行清洗，再用抽水泵将测斜孔内的水抽干；当钻进方式为湿钻且边坡为岩土混合质边坡时，直接用抽水泵将测斜孔内的水抽干。
5.根据权利要求4所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：根据不同的岩土性质选择回填材料方式，当边坡为土质边坡时，回填材料为砂质材料，不宜使用膨润土，在软土地区严禁使用体积膨胀系数大于1的土；当边坡为岩质边坡时，回填材料为砂、最大粒径小于1cm的碎石、经清洗的湿钻岩芯粉；当边坡为岩土混合质边坡时，回填材料在岩石层选用最大粒径小于1cm的碎石和砂的混合物，土层选用砂质材料。
6.根据权利要求5所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：测斜仪为测量测斜管的变形的电子仪器。
7.根据权利要求6所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：测斜管采用PVC或者塑料材质，外直径为60～80mm，厚度为10～20mm，单节长度为1.5～2.0m；测斜管和测斜管采用套管连接，套管的外直径为80～100mm，套管的厚度为10～20mm，套管的单节长度为0.2～0.3m；套管内壁有二对相互垂直“十字”形状、深1～3mm的凹型导向滑槽，用于嵌套测斜管的外壁凸肋，保证上下测斜管对齐。
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