CN103790169B

CN103790169B - 嵌岩双排微型抗滑桩预警分级方法

Info

Publication number: CN103790169B
Application number: CN201310266901.0A
Authority: CN
Inventors: 胡毅夫; 孙飞飞; 王庭勇; 马莉
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-06-29
Filing date: 2013-06-29
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-06-29
Also published as: CN103790169A

Abstract

本发明提出一种嵌岩双排微型抗滑桩的安全度的预警分级法。双排微型抗滑桩不能采用普通刚性抗滑桩的方法判断其所处的安全程度；本发明统计分析了嵌岩双排微型抗滑桩的破坏形式，依据前后排桩身受力的动态变化过程，把桩体桩顶位移量与桩系结构变形参数联系起来，利用工程实测桩顶位移值与桩身强度富裕值的相对关系，建立了嵌岩双排微型抗滑桩的破坏判定方法，并表现为安全度的预警分级法。本发明通过监测其桩顶位移和计算该类桩破坏时的桩顶极限位移量，判断其所处的安全程度，提供了一种判别双排微型抗滑桩安全性的方法。

Description

嵌岩双排微型抗滑桩预警分级方法

所属技术领域

本发明涉及一种自然灾害治理的抗滑桩，特别是涉及一种抗滑桩建立在安全度基础上的预警分级法。

背景技术

随着滑坡灾害的逐渐增多，各种抗滑结构应运而生，其中微型抗滑桩和多排抗滑桩的应用也逐渐增多。其中，带横梁的双排微型抗滑桩以其自身的优越性和特点，得到更为广泛的应用：

能够提供比单桩较大的抗滑力，较长的桩身适应于滑动面较深的边坡抗滑加固；

前后桩间距较小和桩孔较小，能够适应较小施工工作平台，而且桩型和桩位布置灵活；

施工进度快、质量好、施工安全，对于滑坡抢险更加适用；

桩顶的连梁使土压力在前后排桩体之间调整，桩间土被组合成抗滑桩系的一部分，相对单体抗滑桩增大了抗弯刚度。

但是，国内外对双排微型抗滑桩的理论研究深度不够，对桩系的结构设计方法尚不完善，更没有桩系隐蔽工程的安全性评估方法。由于桩系破坏形式和机理不清楚，在双排微型抗滑桩的设计中必然存在很多不确定因素和缺陷，可能产生抗滑结构失效和遗留安全隐患。所以急需建立双排微型抗滑桩安全评价方法和预警机制避灾。

本发明在广泛的多种桩型模拟试验基础上，详尽的研究了各种微型抗滑桩的桩型以及破坏方式，建立了桩身变形和桩顶位移的关系，经现场试验监测结果证实了其关系的可靠性，提出了一种建立在双排微型桩系的安全度基础上的分级预警方法。

发明内容

本发明的目的是通过双排微型抗滑桩试验数据的分析，把可实测的桩顶位移量与不可测的隐蔽工程桩体变形量建立关系，使其监测桩体加固边坡的安全度成为避灾预警分级法。

为达到上述目的，本发明采用了室内破坏模拟试验、边坡抗滑桩现场试验和数值计算模拟试验，实现了三个试验间的力系响应、桩系变形响应、桩系破坏方式响应、桩顶可测位移与抗滑桩变形程度的响应。以这个结论为基础，通过桩系结构参数和工程岩土条件构成工程应用中不同的桩型，研究实际桩型的单因素一元多次拟合与多因素的多元线性拟合，实现了不同桩型的嵌岩双排微型抗滑桩破坏时的桩顶位移量的预计方法。利用桩系破坏条件预计发生的桩顶极限位移量与工程实测的桩顶位移量的比值表征桩系的安全度。

影响嵌岩双排微型抗滑桩破坏时桩顶位移量的主要因素：桩径、桩长、桩间距，含筋率和岩层强度。其适用范围涵盖了工程中普遍取值：桩径200～300mm，桩长8～30m（包括嵌固段桩长占总桩长的1/2～1/3），配筋率0.28%～2.8%，基岩弹模3000～30000MPa。

根据综合主要因素的单因素分析结果得到抗滑桩发生桩体破坏时的桩顶位移量，为嵌岩双排微型抗滑桩的极限位移提供了参考依据。

本发明嵌岩双排微型抗滑桩预警分级方法包括以下步骤：

首先，在待测嵌岩双排微型抗滑桩桩顶设置一个监测点；

其次，对桩顶监测点进行空间坐标的初始测定，然后计算每一次测量的空间坐标与初始坐标的空间位移量，得到桩顶的累计位移量S；

然后，将双排微型抗滑桩的各个设计参数值建立有限元数值模型；通过正交试验数值模拟计算结果、经过回归分析得到计算双排微型抗滑桩破坏时非标准化的桩顶极限位移量Y_极限；

式中：Y_极限---双排微型抗滑桩破坏的桩顶极限位移量，m；

Y_桩径---抗滑桩桩径元素产生的双排微型抗滑桩破坏时桩顶极限位移量，m；

Y_受荷---抗滑桩受荷段长度元素产生的双排微型抗滑桩破坏时桩顶极限位移量，m；

Y_嵌固---抗滑桩嵌固段长度元素产生的双排微型抗滑桩破坏时桩顶极限位移量，m；

Y_筋率---抗滑桩含筋率元素产生的双排微型抗滑桩破坏时桩顶极限位移量，m；

a、b、c、d、e---正交试验非标准系数，a=[1.0,1.8]，b=[3.0,4.0]，c=[1.0,1.5]，d=[2.0,3.0]，e=[-1.0,-2.0]。

将以上单因素产生的桩顶位移量公式综合为双排微型抗滑桩破坏桩顶位移直观表达式：

式中：R---双排微型抗滑桩桩径，R=[200～300]mm；

l_受荷—受荷段长度，l_受荷=[6.0～20.0]m；

l_嵌固—嵌固段长度，l_嵌固=[3.0～10.0]m；

q—含筋率，q=[0.28～2.8]%。

α--桩径待定指数，α=[-1,-3];β受荷段长度待定指数,β=[0,3];γ嵌固段长度待定系数,γ=[0,1];η含筋率的待定指数,η=[0,-1]；

a_ij=1.0×10⁵～1.3×10⁵;b_ij=0～1;c_ij=(0.1～0.5)、d_ij=（25～50）。

最后，比较测定位移量S和破坏极限位移量Y_极限，确定其安全程度等级。

比较测定位移量S和破坏极限位移量Y_极限，可知抗滑桩的桩体处于弹性变形阶段，抑或塑性变形阶段，或者蠕变破坏阶段。

也可确定其安全程度K:

当k≤73%表示进入蓝色警戒；k≤56.5%表示进入红色警戒；k≤35.4%表示进入黑色警戒；k=0表示桩体已经断裂破坏。

本发明为实施嵌岩双排微型抗滑桩的边坡工程提供了一种判别其安全性的方法。通过监测其桩顶位移和计算该类桩破坏时的桩顶极限位移量，得到二者的比较结果，从而判断其所处的安全程度，即可建立边坡加固桩系的安全预警机制。

附图说明

图1为抗滑桩物理模拟试验示意图；

图2为施工现场土压力盒安装图；

图3为双排微型抗滑桩三维有限元模型；

图4为抗滑桩的桩顶位移全过程图。

具体实施方式

本发明考虑了影响嵌岩双排微型抗滑桩破坏时桩顶位移量的主要因素：桩径、桩长、桩间距，含筋率和岩层强度。其适用范围涵盖了工程中普遍取值：桩径200～300mm，桩长8～30m（包括嵌固段桩长占总桩长的1/2～1/3），桩间距600～1200mm，含筋率0.28%～2.8%，基岩弹模3000～30000MPa。

根据单个因素的分析结果得到某因素产生桩体破坏时的桩顶位移量，为嵌岩双排微型抗滑桩的极限位移提供了参考依据。工程中设计施工的嵌岩双排微型抗滑桩的安全性评价可以通过如下过程来实现。

首先，根据现场设计的双排连系梁组合抗滑桩结构参数进行物理相似模拟试验。模型（见图1）由边坡面1、滑体3和滑面5以及滑床6组成，在边坡平台2处安装抗滑桩7和8，施力装置由反力墙15、千斤顶和测力计14以及传力装置13组成，桩顶位移值由千分表12测量。桩体7和桩体8（见图2）以滑面5为界，分别计算受荷段长度10和嵌固段长度11；确保土压力盒9分散布置在受荷段和嵌固段，至少有1组土压力盒位于弱面夹层4层位；桩体黏贴电阻应变花测量变形量（图中未标注）。当千斤顶施加压力16后，桩体产生弯曲变形，导致桩顶发生位移。记录全过程可得到图4。图4中，A点表示桩体脆性破坏点，B点表示桩体塑性变形极限点，C点表示桩体弹性极限强度点，D点表示桩体弹性强度极限点。

然后，将双排微型抗滑桩的各个设计参数值输入计算式（1）、（2）、（3）、（4）计算单因素影响导致抗滑桩桩体破坏时桩顶极限位移量；

（1）

（2）

（3）

（4）

将各个主要因素影响结果代入公式（5）计算综合因素影响导致抗滑桩桩体破坏时桩顶极限位移量；

将Y_极限置入物理模型试验所得抗滑桩破坏全过程曲线，得到抗滑桩安全度评价标准曲线。

第二步，在施工现场待测双排微型抗滑桩桩顶设置一个监测点；在主滑面抗滑桩埋设图2所示土压力观测仪器，确保至少有一组土压力盒9埋植于滑面5附近的软弱夹层4内；以滑面5为界，受荷段10和嵌固段11均应有合适数量的监测仪器分散布置。

其次，对桩顶测量点进行空间坐标的初始测定，然后根据每一次测量的空间坐标计算与初始坐标的空间位移量，得到桩顶的位移量S。

第三步，比较实际测定的位移量S和计算预测的破坏极限位移量Y_极限，可知抗滑桩的桩体处于弹性变形阶段，抑或塑性变形阶段，或者蠕变破坏阶段。也可确定其安全程度K:

。

依据图4所示，桩体位移达到弹性强度极限D点[(25%~30%）Y_极限]，桩体变形进入塑性变形，K=[70%~75%]进入蓝色预警阶段；桩体位移达到极限强度C点[(40%~45%)Y_极限]，表示桩体变形进入塑性软化，K=[55%~60%]进入红色预警阶段；桩体位移达到软化B点[(60%~65%)Y_极限]，表示桩体变形进入脆性断裂，K=[35%~40%]进入黑色预警阶段；桩体位移达到A点，K=0表示桩体变形已经脆性断裂，开始蠕变滑移。

Claims

1.一种嵌岩双排微型抗滑桩预警分级方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，在待测嵌岩双排微型抗滑桩桩顶设置一个监测点；

其次，对桩顶监测点进行空间坐标的初始测定，然后根据每一次测量的空间坐标计算与初始坐标的空间位移量，得到桩顶的位移量S；

然后，采用双排微型抗滑桩的各个设计参数值建立有限元数值模型；通过正交试验数值模拟结果、经过回归分析得到计算双排微型抗滑桩破坏时非标准化的桩顶极限位移量Y_极限；

式中：Y_极限---双排微型抗滑桩破坏时的桩顶极限位移量，m；

a、b、c、d、e---正交试验非标准系数，a=[1.0,1.8]，b=[3.0,4.0]，c=[1.0,1.5]，d=[2.0,3.0]，e=[-2.0,-1.0]；

将以下单因素影响桩顶位移量公式综合为双排微型抗滑桩破坏时的桩顶极限位移量直观表达式：

式中：R---双排微型抗滑桩桩径，R=[200～300]mm；

l_受荷—受荷段长度，l_受荷=[6.0～20.0]m；

l_嵌固—嵌固段长度，l_嵌固=[3.0～10.0]m；

q—含筋率，q=[0.28～2.8]%；α--桩径待定指数，α=[-3,-1];β受荷段长度待定指数,β=[0,3];γ嵌固段长度待定系数,γ=[0,1];η含筋率的待定指数,η=[-1,0]；

a_ij=[1.0×10⁵，1.3×10⁵]；b_ij=[0,1];c_ij=[0.1,0.5]、d_ij=[25,50]；

最后，比较现场实际测定位移量S和计算预计的桩顶极限位移量Y_极限，确定其安全程度等级；

比较测定位移量S和桩顶极限位移量Y_极限，可知抗滑桩的桩体处于弹性变形阶段，抑或塑性变形阶段，或者蠕变破坏阶段；确定其安全程度K:

当k[70%，75%]表示桩体位移达到弹性强度极限D点，进入蓝色警戒；k[55%，60%]表示桩体位移达到极限强度C点，进入红色警戒；k[35%，40%]表示桩体变形达到脆性断裂的B点，进入黑色警戒；k=0表示桩体位移达到A点，桩体已经断裂破坏，开始蠕变滑移。

2.如权利要求1所述的嵌岩双排微型抗滑桩预警分级方法，其特征在于嵌岩双排微型抗滑桩结构参数的变化范围为：桩长8～30m，最优桩径在200～300mm，前后桩最优间距为600～1200mm，钢筋笼结构，主筋直径22～38mm，箍筋直径6～12mm；基岩弹性模量的模拟范围定为3000～30000MPa。