1.一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:包括以下步骤:包括以下步骤:
(i)计算假定滑动面的圆弧半径
已知坡脚θ的大小,根据拟合公式可计算α、β的值,其中,α为原点坡脚连线与坡面夹角,β为原点坡顶连线与水平线夹角,进而通过正弦定理等三角公式可推断出圆弧半径r长度;
(ii)建立平面坐标系
根据滑动破坏面必过坡脚的准则和圆弧半径可找到圆心的位置,以圆心为原点,竖直方向为y轴水平方向为x轴,建立平面直角坐标系;
(iii)计算边坡的滑动力矩
将边坡分成若干土条,每个土条的重力与其质心到圆点距离的乘积为该土条的滑动力矩,整个坡体的滑动力矩为各土条滑动力矩之和;
(iv)计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩天然边坡依靠土颗粒之间的摩擦力和粘聚力达到自稳状态,摩擦抗滑力矩由土条重力、土条滑动倾角和土的内摩擦角决定,粘聚力抗滑力矩由土的内粘聚力决定,计算以上由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩;
(v)计算整体锚固力矩
当边坡由于外界原因无法达到自稳状态时需植入锚杆进行加固处理,每根锚杆的锚固力受到破坏面及地层应力的影响,其与力臂乘积为锚固力矩,累计求和得到整体锚固力矩;
(vi)计算安全系数,评价边坡稳定性计算得到安全系数,若所求安全系数小于1则边坡处于不稳定状态,应重复最后两步,增添锚杆数量,提高抗滑力矩直至安全系数满足要求;
步骤vi中计算安全系数,按照以下公式计算:作为优选的,实际锚固段为xN到xM的部分的计算过程如下:为利于计算将锚杆的轨迹方程设为一次函数y=kx+b
选取第一根锚杆的入射位置为据坡肩S0处,入射角度为i,则一次方程求解为:与圆弧轨迹方程联立
解得交点横坐标
又已知锚杆的整体长度为l0,则杆端横坐标为从而,得到实际锚固段为xN到xM的部分。
2.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(i)中α、β以及圆弧半径r的计算公式如下:‑7 5 ‑5 4 3 2
α=1×10 ×θ‑2×10 ×θ+0.0014θ‑0.037θ+0.4346+23.238‑7 5 ‑5 4 3 2
β=‑4×10 ×θ+7×10 ×θ‑0.0045θ+0.1527θ‑2.5729θ+52.077式中,h为—边坡高度。
3.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(iii)中整个坡体的滑动力矩,按照以下公式进行计算:式中,m为—坡体分成土条的个数。
4.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(iv)中计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩,按照如下公式计算:M粘=clr
3
式中,γ—边坡土重度,kN/m
2
S—土条面积,m
z—土条质心到圆点距离,m
ε—土体的滑动倾角,°
2
c—土的内粘聚力,kN/m
l—滑动体弧长,m。
5.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(v)中计算整体锚固力矩,按照以下公式计算:式中,d—锚固力臂,m
Q—锚固力,kN。
6.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(ii)中,根据坐标系及滑动半径可以得到滑动面的轨迹方程为
2 2 2
x+y=r
根据边坡角度θ、坡高h可推断出坡肩横坐标,其计算公式如下:
7.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(v)中锚杆位于滑动体内的部分失去锚固力,其真实可以提供锚固力的一段仅为插入到未滑动土体中的部分,计算得到实际锚固段为xN到xM的部分。
8.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(v)中锚固体所受的地层应力会因进入坡体三角区而衰减,为精确计算,将锚固体所受的地层应力分段考虑。
9.根据权利要求1所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(v)中锚固体所受地层应力沿垂直于锚杆分量为锚固正应力,将正应力带入库伦公式中得到锚杆所受的剪切力。
10.根据权利要求9所述的一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法,其特征在于:步骤(v)中将锚杆表面剪切力进行积分得到该锚杆真实的锚固力。