一種橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于山區(qū)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種墩臺(tái)基礎(chǔ)置于高陡邊坡上 時(shí)邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路橋基邊坡"穩(wěn)定坡角線"這一概念是由我國《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中提出 來的，該規(guī)范4. 2. 2條文說明中指出在岸坡陡立地段如何設(shè)置橋墩臺(tái)關(guān)系到工程的安危， 進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是該類地段工程地質(zhì)調(diào)繪的重點(diǎn)之一。規(guī)范要求黃土地區(qū)陡立岸坡 地段通常采用橋基設(shè)置在穩(wěn)定坡角線以下以保障工程安全，基巖地區(qū)陡立岸坡地段也應(yīng)做 出岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，為工程基礎(chǔ)設(shè)置提供依據(jù)。然而，該規(guī)范并未對(duì)橋基荷載作用下邊坡 整體穩(wěn)定性的分析方法作出建議，且未對(duì)基巖地區(qū)陡立岸坡的橋基布置提出詳實(shí)的指導(dǎo)意 見。因此，鐵路橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)陡坡穩(wěn)定坡角線的位置判定尤為關(guān)注。由于現(xiàn)有規(guī)范 對(duì)穩(wěn)定坡角線的具體計(jì)算方法均未明確給出，且現(xiàn)有文獻(xiàn)中穩(wěn)定坡角線分析方法大多是依 據(jù)邊坡在自然狀態(tài)下得出的，未考慮邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)反演及橋基荷載作用等多種 因素，穩(wěn)定坡角線分析可靠性不足，給陡坡地段橋梁基礎(chǔ)布置及工程設(shè)計(jì)帶來較大難度，嚴(yán) 重制約工程設(shè)計(jì)進(jìn)度，工程安全性也得不到有效保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的確定穩(wěn)定坡角線位置時(shí)考慮因素較少，適用性不強(qiáng)等 問題，本發(fā)明提供了一種新的橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法，在對(duì)邊坡巖土物理 力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演的基礎(chǔ)上，考慮基礎(chǔ)作用寬度、埋置深度和荷載作用模式，判定穩(wěn)定坡角 線的具體位置，以適應(yīng)陡坡地段橋梁基礎(chǔ)布置及工程設(shè)計(jì)的需要。
[0004] 本發(fā)明所涉及的一種橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法，技術(shù)步驟包括：確 定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面S1、按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體粘聚力S2、設(shè)定穩(wěn)定坡 角線的起始位置S3、按照反算得到的邊坡巖土體綜合粘聚力重新計(jì)算橋基荷載作用下的邊 坡穩(wěn)定性S4、判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)S5、分析得到該橋基邊坡的穩(wěn)定坡 角線S6。
[0005] S1 :確定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面 確定邊坡剖面上坡腳與各坡面變坡點(diǎn)P1、P2、…、P(n-l)之間的連線與水平線 (XT之間夾角的最小值，令極限平衡條件參數(shù)反演時(shí)邊坡滑動(dòng)面與水平面之間的夾 角為― 1 〇
[0006] S2 :按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體綜合粘聚力
式中：尤為臨界滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取1. 0或1. 05 ; G 為邊坡滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體的重量； J為邊坡滑動(dòng)面單位寬度的面積； &為邊坡巖土體的綜合內(nèi)摩擦角； 為邊坡滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體受到的水平地震力。
[0007] S3 :設(shè)定穩(wěn)定坡角線的起始位置 在邊坡剖面上，自坡頂向下做一條與坡頂線平行的輔助線，輔助線與坡頂線在垂直方 向上的距離d與橋基底面設(shè)計(jì)埋置深度相等，令橋基基底前緣位于臨界滑動(dòng)面上，橋基基 底后緣與坡腳的連接線設(shè)定為穩(wěn)定坡角線的起始位置，令穩(wěn)定坡角線的起始位置與水平面 之間的夾角為。
[0008] S4:按照反算得到的邊坡巖土體綜合粘聚力重新計(jì)算橋基荷載作用下的邊坡穩(wěn)定 性 計(jì)算穩(wěn)定坡角線的起始位置以上范圍邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)：
式中：G為橋基單位寬度的重量； _橋基頂面每延米受到的側(cè)向力合力； K 為橋基頂面每延米受到的豎向力合力； %為橋基底面所接觸的巖土體內(nèi)摩擦角。
[0009] S5 :判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) 比較穩(wěn)定坡角線的起始位置以上范圍邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)尤與設(shè)計(jì)安全系數(shù)[幻之 間的關(guān)系。若滿足[>mi，則停止計(jì)算；否則，令穩(wěn)定坡角線的起始位置與水平面之間 的夾角# = # - 1，重復(fù)S4與S5的分析過程。
[0010] S6 :分析得到該橋基邊坡的穩(wěn)定坡角線 確定滿足尤之[jn的條件后，記錄下此時(shí)的夾角/?對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面位置，該滑動(dòng)面 與剖面的交線即為該橋基邊坡穩(wěn)定坡角線對(duì)應(yīng)的位置。
[0011] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是： 本發(fā)明所述的一種橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法，能夠充分利用原自然斜坡 的穩(wěn)定特性反演出邊坡體的粘聚力大小。由于邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)中綜合粘聚力不易獲 取，且不同的邊坡取值相差甚遠(yuǎn)，因此采用反演粘聚力的方法獲取的參數(shù)值更接近實(shí)際情 況。本發(fā)明還考慮了橋基埋置深度與橋基底面寬度來綜合分析邊坡穩(wěn)定坡角線，更全面、更 合理地考慮了橋基本身的幾何特征，分析得到的穩(wěn)定坡角線能夠更好地滿足橋梁專業(yè)設(shè)計(jì) 人員對(duì)確定山區(qū)鐵路陡坡地段橋墩臺(tái)基礎(chǔ)布置方案的需要。
【附圖說明】
[0012] 圖1為橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析方法流程示意圖； 圖2為邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面位置示意圖； 圖3為設(shè)定穩(wěn)定坡角線的起始位置示意圖； 圖4為橋基荷載作用下邊坡體的受力示意圖； 圖5為試驗(yàn)案例分析得到的某邊坡穩(wěn)定坡角線位置示意圖。
[0013] 圖中標(biāo)記說明： 1、邊坡坡面線 2、變坡點(diǎn) 3、過坡腳的水平線 4、坡頂線 5、 4bi對(duì)應(yīng)的輔助線 6、 極限平衡條件參數(shù)反演時(shí)夾角^對(duì)應(yīng)的邊坡滑動(dòng)面 7、 穩(wěn)定坡角線 8、橋基基底前緣 9、橋基基底后緣 10、邊坡體 d、橋基底面設(shè)計(jì)埋置深度。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。下述為確定高速 鐵路某處橋基邊坡穩(wěn)定坡角線位置的實(shí)施例，該實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而并非對(duì)本發(fā)明 的限制。
[0015] 實(shí)施例1 在某高速鐵路某處橋基預(yù)布置在一處強(qiáng)風(fēng)化砂巖邊坡上進(jìn)行試驗(yàn)，邊坡巖土體的綜合 內(nèi)摩擦角為32°，橋基底面設(shè)計(jì)埋置深度d為2m，橋基底面寬度為3. 5m，該邊坡坡面線1上 有三個(gè)變坡點(diǎn)2,分別是Pl、P2和P3,線段構(gòu)成過坡腳的水平線，線段P3P4構(gòu)成該邊 坡的坡頂線4,橋基單位寬度的重量為520kN/m，橋基頂面每延米受到的側(cè)向力合力_ 125 kN/m，橋基頂面每延米受到的豎向力合力K為345 kN/m，臨界滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定安全系 數(shù)尤為1.05,設(shè)計(jì)安全系數(shù)[J]取1.25。
[0016] 具體計(jì)算分析步驟如下： S1、確定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面 分別計(jì)算OP1、OP2、GP3與OOf之間的夾角：
取!^# =37:+，令極限平衡條件參數(shù)反演時(shí)邊坡滑動(dòng)面與水平面之間的夾角為 cr =!?_. - 1 = 36- 作對(duì)應(yīng)的輔助線5,即!QdO,確定限平衡條件參數(shù)反演時(shí)夾角Of對(duì)應(yīng)的邊坡滑 動(dòng)面6,即QJ1， 52、 按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體綜合粘聚力
53、 設(shè)定穩(wěn)定坡角線的起始位置 按照橋基底面設(shè)計(jì)埋置深度d為2m，橋基底面寬度為3. 5m，自坡頂垂直向下2m做一條 與坡頂線平行的輔助線，令橋基基底前緣8位于夾角Qf對(duì)應(yīng)的邊坡滑動(dòng)面6,即GUI上， 橋基基底后緣9與坡腳的連接線設(shè)定為穩(wěn)定坡角線7的起始位置，此時(shí)穩(wěn)定坡角線7 的起始位置與水平面之間的夾角# = 。
[0017] S4、按照反算得到的邊坡巖土體綜合粘聚力重新計(jì)算橋基荷載作用下的邊坡穩(wěn)定 性 重新確定穩(wěn)定坡角線7上方邊坡體10的滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體的重量G、邊 坡滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體受到的水平地震力和邊坡滑動(dòng)面單位寬度的面積兒 G# =5340.5kN/ni，=427,.2kN/m,x=57m，橋基底面所接觸的巖土體 內(nèi)摩擦角=23:， 此時(shí)穩(wěn)定坡角線7上方邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)為
S5、判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) 比較穩(wěn)定坡角線的起始位置以上范圍邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)尤與設(shè)計(jì)安全系 數(shù)M之間的關(guān)系，穩(wěn)定坡角線7的起始位置與水平面之間的夾角= 時(shí)， 疋= 1 25，令穩(wěn)定坡角線的起始位置與水平面之間的夾角聲=聲一1=315， 重復(fù)S4與S5的分析過程。
[0018] 經(jīng)計(jì)算，當(dāng) = 24.時(shí)，[=1251> [[] =125,停止計(jì)算。
[0019] S6、分析得到該橋基邊坡的穩(wěn)定坡角線 此時(shí)的夾角 # = 24: 對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面與邊坡剖面的交線即為該橋基邊坡穩(wěn)定坡 角線對(duì)應(yīng)的位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法，其特征在于，該方法的步驟包括：確 定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面（S1)、按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體綜合粘聚力（S2)、設(shè) 定穩(wěn)定坡角線的起始位置（S3)、按照反算得到的邊坡巖土體綜合粘聚力重新計(jì)算橋基荷載 作用下的邊坡穩(wěn)定性（S4)、判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)（S5)、分析得到該橋 基邊坡的穩(wěn)定坡角線（S6);具體步驟如下： 51 :確定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面 確定邊坡剖面上坡腳與各坡面變坡點(diǎn)P1、P2、…、P(n-l)之間的連線與水平線 之間夾角的最小值，令極限平衡條件參數(shù)反演時(shí)邊坡滑動(dòng)面與水平面之間的夾 角為Q! = 6^p- 1 ； 52 :按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體綜合粘聚力式中：尤為臨界滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，取值為1. 〇或1. 05 ; G為邊坡滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體的重量； J為邊坡滑動(dòng)面單位寬度的面積； g為邊坡巖土體的綜合內(nèi)摩擦角； 為邊坡滑動(dòng)面以上單位寬度邊坡巖土體受到的水平地震力； 53 :設(shè)定穩(wěn)定坡角線的起始位置 在邊坡剖面上，自坡頂向下做一條與坡頂線平行的輔助線，輔助線與坡頂線在垂直方 向上的距離d與橋基底面設(shè)計(jì)埋置深度相等，令橋基基底前緣位于臨界滑動(dòng)面上，橋基基 底后緣與坡腳的連接線設(shè)定為穩(wěn)定坡角線的起始位置，令穩(wěn)定坡角線的起始位置與水平面 之間的夾角為; S4:按照反算得到的邊坡巖土體綜合粘聚力重新計(jì)算橋基荷載作用下的邊坡穩(wěn)定性 計(jì)算穩(wěn)定坡角線的起始位置以上范圍邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)：式中：G為橋基單位寬度的重量； _橋基頂面每延米受到的側(cè)向力合力； K為橋基頂面每延米受到的豎向力合力； 為橋基底面所接觸的巖土體內(nèi)摩擦角； S5 :判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) 比較穩(wěn)定坡角線起始位置以上范圍邊坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)尤與設(shè)計(jì)安全系數(shù)[幻之間 的關(guān)系；若滿足J： >[；尤1，則停止計(jì)算；否則，令穩(wěn)定坡角線的起始位置與水平面之間的 夾角召=i? -1，重復(fù)s4與s5的分析過程； # # S6 :分析得到該橋基邊坡的穩(wěn)定坡角線 確定滿足尤之的條件后，記錄下此時(shí)的夾角對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面位置，該滑動(dòng)面 ..........L, J # 與剖面的交線即為該橋基邊坡穩(wěn)定坡角線對(duì)應(yīng)的位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋基邊坡穩(wěn)定坡角線的分析及判定方法，在對(duì)邊坡巖土物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演的基礎(chǔ)上，考慮基礎(chǔ)作用寬度、埋置深度和荷載作用模式，分析穩(wěn)定坡角線的具體位置，以適應(yīng)陡坡地段橋梁基礎(chǔ)布置及工程設(shè)計(jì)的需要。其技術(shù)步驟包括：確定邊坡參數(shù)反演的臨界滑動(dòng)面S1、按極限平衡狀態(tài)反算邊坡巖土體綜合粘聚力S2、設(shè)定穩(wěn)定坡角線的起始位置S3、按照反算得到的邊坡巖土體粘聚力重新計(jì)算橋基荷載作用下的邊坡穩(wěn)定性S4、判斷安全系數(shù)是否大于等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)S5、分析得到該橋基邊坡的穩(wěn)定坡角線S6。
【IPC分類】E02D17/20, G06F19/00
【公開號(hào)】CN104988933
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510264958
【發(fā)明人】董捷, 宋緒國, 田萬俊, 杜寶軍, 徐健強(qiáng)
【申請(qǐng)人】鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日