1.一种基于边坡力分布特征的防护措施设计方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)对滑体、滑面材料实施剪应力--剪应变全过程曲线试验,试验获得峰值应力、应变和全过程曲线;
(2)通过峰值应力决定凝聚力C、滑面摩擦角 值,以峰值应变决定常系数a1,a2,a3大小,初始变化曲线特征决定剪切模量G、临界法向应力σncrit、常系数ξ、α、kn;
(3)建立数值计算模型,在考虑剪破坏分布的同时,同时考虑拉破坏分布区;
(4)在考虑应变软化本构模型数值计算的基础上,计算现状边坡每点的破坏率、破坏比和破坏面积比,以组合的方式提出不同的可能破坏路径;
(5)对于可能施加的荷载或位移工况,分步施加相应的工况,对在不同工况下可能破坏模式进行搜寻,决定可能的破坏面或现场决定滑动面;
(6)对于具有软化和硬化特征的滑面剪应力--剪应变满足如下本构方程
τ=Gγ[1+γq/p]ξ (1)
式中:τ、γ分别为剪应力和剪应变,G为剪切模量,p、q、ξ为在不同法向应力下的常系数,τ、G的单位为MPa或kPa或Pa,p、q、ξ为无单位参数;
(7)对边坡进行可靠的现场和力学数值分析,从而决定可能的滑动面和沿滑面的力学状态,并根据工程的重要性,决定防护工程的位置;对于基坑,根据工程的重要程度,决定对应防护工程设计处于何种应力状态;
(8)在步骤(1)至步骤(7)的基础上,确定支护措施所在位置,根据可能的破坏模式分析,计算防护工程在各种工况下相对应的剩余下滑力及计算其矢量和;
(9)选取边坡的不同位置进行防护措施设计。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤(9)包括下列子步骤:
(9.1)针对推移式和牵引式边坡,在临界状态应力位置布设防护措施,此时计算防护范围内在各种工况下所对应的剩余下滑力矢量和,假设剩余下滑力矢量和在防护工程位置以一定的特征分布,在一定安全系数条件下决定该防护工程在该位置所需抗滑力的大小,按照力的大小,并考虑预应力计算防护工程的位移值,由于该防护设计为刚性设计,计算相对应的预应力大小,使包含有预应力的防护工程所产生的位移值等于在一定安全系数条件下防护工程在该位置按照力的大小计算的位移值;对于基坑,计算防护工程所在位置所对应比例极限应力的位移值,在一定安全系数条件下,计算防护工程所在位置的抗滑力的大小,并假设满足一定分布,从而获得防护工程所产生的位移值,比较防护工程在比例极限的位移值大小,从而决定相应的预应力大小,设计采用各种组合方式,使防护工程的力和位移满足在该位置处于比例极限应力状态的设计要求。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤(9)包括下列子步骤:(9.2)针对推移式和牵引式边坡,在比例极限应力状态位置布设防护措施,计算该位置发展到峰值应力状态时在各种工况下相应的剩余下滑力矢量和,假设剩余下滑力矢量和在防护工程位置以一定的特征分布,在一定安全系数条件下决定该防护工程在该位置所需抗滑力的大小,按照力的大小计算防护工程在该位置所能承受的最大位移值,由于该防护设计为柔性设计,如果变形满足要求则不一定需要施加预应力,否则计算相对应的预应力大小,使拥有预应力的防护工程所产生的位移值等于在一定安全系数条件下防护工程在该位置按照力的大小计算的位移值;对于基坑,计算防护工程所在位置所对应峰值应力状态的位移值,在一定安全系数条件下,计算防护工程所需抗滑力的大小,并假设满足一定分布,从而获得防护工程所产生的位移值,比较防护工程位移和在峰值应力状态的位移值大小,从而决定相应的预应力大小,设计采用各种组合方式,使防护工程的力和位移满足在一定安全系数下该位置处于峰值应力状态的设计要求。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤(9)包括下列子步骤:(9.3)针对推移式和牵引式边坡,在比例极限应力和峰值应力状态之间位置布设防护措施,此时计算该位置发展到峰值应力状态时在各种工况下相应的剩余下滑力矢量和,假设剩余下滑力矢量和在防护工程位置以一定的特征分布,在一定安全系数条件下决定该防护工程在该位置所需抗滑力的大小,按照力的大小计算防护工程在该位置所能承受的最大位移值,由于该防护设计为刚柔性设计,如果变形满足要求则不需施加预应力,否则计算相对应的预应力大小,使拥有预应力的防护工程所产生的位移值等于在一定安全系数条件下防护工程在该位置按照力的大小计算的位移值;对于基坑,计算防护工程所在位置所对应峰值或比例极限应力状态的位移值,在一定安全系数条件下,计算防护工程所需抗滑力的大小,并假设满足一定分布,从而获得防护工程在该位置所产生的位移值,比较防护工程的位移和在该位置的位移值大小,从而决定相应的预应力大小,设计采用各种组合方式,使防护工程的力和位移满足在一定安全系数下在该位置的应力设计要求。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述剩余下滑力矢量和在防护工程位置的分布状态包含但不限于三角形分布、矩形分布或抛物线型分布。
6.如权利要求2-4任一项所述方法,其特征在于:存在两个安全系数,抗剪安全系数Fsh和抗弯安全系数Fm,表达式如下:Fsh=Qmax/Q,Fm=Mmax/M (2)
式中,Fsh为某一断面相对不同工况下的抗剪安全系数,Qmax为该断面在不同工况下的防护工程横截面所具有的最大抗剪力,Q为该断面在不同工况下的防护工程横截面所承受的抗剪力;Fm为相对不同工况下的抗弯矩安全系数,Mmax为防护工程在不同工况下的稳定力相对转动点的总力矩,M为防护工程在不同工况下的倾覆力相对转动点的总力矩。