一種建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，包括如下步驟：第一步：堆載型邊坡分級增載強度及相關(guān)坡體參數(shù)的確定；第二步：堆載邊坡分級增載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定；第三步：邊坡堆載位移監(jiān)測點布置與分層堆載位移變化值的確定；第四步：邊坡坡體堆載位移模量比參數(shù)與穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定；第五步：邊坡坡體極限巖土堆載量mcr的確定；第六步：邊坡坡體安全堆載量mk的確定。本方法不僅提供了一套有效的評價邊坡穩(wěn)定性和準(zhǔn)確的計算邊坡滑移坡體極限堆載量的方法，而且補充了現(xiàn)有該類滑坡的理論計算體系方法。該方法設(shè)計原理可靠，具有計算結(jié)果精度高、易于實施的特點，且節(jié)約成本，工程應(yīng)用性強，應(yīng)用范圍廣。
【專利說明】
一種建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本文涉及人工建筑垃圾堆載型邊坡的穩(wěn)定性評價與滑坡防治領(lǐng)域，具體涉及一種 建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國大量城鎮(zhèn)地區(qū)在交通、水利、能源、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不 斷擴大，隨之而來產(chǎn)生了大量的建筑工程垃圾，其中大量城鎮(zhèn)的周邊空地區(qū)域已經(jīng)作為建 筑工程垃圾堆載處理場地，由此形成了不同類型的廢土、廢石渣等人工建筑垃圾堆載型邊 坡，并且其堆載型邊坡規(guī)模逐漸增大，常常帶來人工建筑工程垃圾堆載邊坡變形滑移破壞 等地質(zhì)災(zāi)害，由此給城市居民帶來了巨大的生命財產(chǎn)經(jīng)濟損失與工程安全隱患，并已成為 我國城鎮(zhèn)工程建設(shè)與建筑工程垃圾堆載處理工程中亟待解決的問題。
[0003] 目前國內(nèi)外對人工堆載型邊坡的穩(wěn)定性評價方法主要為工程地質(zhì)分析法、極限平 衡法及位移監(jiān)測法。工程地質(zhì)分析法主要是通過工程地質(zhì)勘察手段，對影響堆載型滑坡穩(wěn) 定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩(wěn)的力學(xué)機制等進行分析，對已變形地質(zhì)體的 成因及演化史進行分析，從而給出被評價堆載型滑坡穩(wěn)定性狀況及可能發(fā)展趨勢的定性解 釋，其優(yōu)點是能綜合考慮影響滑坡穩(wěn)定性的多種因素，對滑坡穩(wěn)定狀況及發(fā)展趨勢快速做 出定性評價，然而工程地質(zhì)勘察存在投資大、耗時長，且勘察過程中不可避免對滑坡體本身 產(chǎn)生擾動破壞，因此很難準(zhǔn)確對邊坡穩(wěn)定性進行評價;極限平衡方法是邊坡穩(wěn)定分析的傳 統(tǒng)方法，該方法先假設(shè)一個最危險滑動面，通過將滑體視為剛體，分析其沿滑動面的力學(xué)平 衡狀態(tài)，根據(jù)下滑力、抗滑力計算滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)Fs來預(yù)測滑坡的穩(wěn)定性。由于穩(wěn)定性 系數(shù)的直觀性，被工程廣泛應(yīng)用。然而該類方法對滑坡邊界條件及坡體物理力學(xué)參數(shù)的要 求極為苛刻，且建立力學(xué)評價模型為不含時間因素的靜態(tài)評價模型，評價不了邊坡穩(wěn)定性 隨時間的變化規(guī)律，尤其對于以建筑垃圾為主的堆載型邊坡，其物質(zhì)構(gòu)成、粒度大小及結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，導(dǎo)致難以確定其力學(xué)邊界條件，又因其堆載土體過程中每次堆載對坡體的擾動作用， 造成了獲取力學(xué)評價參數(shù)的難度及最危險滑移面時常變化而造成堆載有效土體區(qū)域難以 確定等問題，這些因素使得此方法在該類邊坡穩(wěn)定性評價中具有很大的局限性;位移監(jiān)測 法是基于位移觀測曲線和蠕變理論的經(jīng)驗統(tǒng)計預(yù)測方法，是直接運用位移參數(shù)的變化對滑 坡的穩(wěn)定性進行評價與預(yù)測預(yù)報。雖然這種滑坡預(yù)測預(yù)報方法簡單易操作，但是所有位移 監(jiān)測法所監(jiān)測和評價的參數(shù)僅是位移或位移速率及其變化規(guī)律，然而對于堆載型邊坡穩(wěn)定 性的評價，由于邊坡每層堆載量不同，邊坡在每一堆載周期的變形量也將發(fā)生變化，特別其 邊坡位移量將隨其堆載量急劇增加也會造成邊坡位移量的急劇增加，但這種位移量的急劇 增加并不意味著邊坡即將失穩(wěn)，所以僅以位移或位移速率的變化量作為預(yù)警判據(jù)往往會造 成預(yù)測誤判，因此位移監(jiān)測法很難對該類堆載型滑坡穩(wěn)定性做出準(zhǔn)確判別與預(yù)測。
[0004]為此，鑒于上述傳統(tǒng)評價設(shè)計方法的局限與不足，本發(fā)明旨在尋求一種突破現(xiàn)有 傳統(tǒng)理論的新方法，其方法主要根據(jù)彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理，在不考慮坡體物理 力學(xué)參數(shù)與具體最危險滑移面位置的條件下，運用位移動力學(xué)理論和依據(jù)邊坡動力荷載與 坡體位移變化規(guī)律，以此建立該類邊坡穩(wěn)定性位移動力評價參數(shù)與相應(yīng)評價判據(jù)準(zhǔn)則，以 達到更加有效的評價該類堆載型邊坡穩(wěn)定性及準(zhǔn)確確定其極限堆載量的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述傳統(tǒng)評價設(shè)計方法的局限與不足，本發(fā)明研究和確定了一種建筑垃圾堆 載邊坡極限堆載量的測定方法。主要根據(jù)彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理，首先確定分層 堆載邊坡坡角與分層堆載高度和堆載壓力分布區(qū)域，建立位移監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測堆載邊 坡位移值與堆載壓力值等數(shù)據(jù)，確定邊坡堆載位移模量比ζ，以此參數(shù)作為堆載型邊坡穩(wěn)定 性評價參數(shù)，并運用數(shù)理統(tǒng)計理論與方法，建立以均方差σ為基礎(chǔ)的邊坡堆載位移模量比的 穩(wěn)定性異常判據(jù)，由此確定人工堆載邊坡坡體的極限堆載量，并依據(jù)邊坡安全系數(shù)等級，確 定邊坡滑移坡體的安全堆載量，以達到對人工堆載型邊坡穩(wěn)定性進行科學(xué)有效的監(jiān)測與評 價以及對邊坡堆載量進行科學(xué)的設(shè)計與有效的控制，確保該類人工堆載邊坡的安全與穩(wěn) 定。
[0006] 本發(fā)明的步驟如下：
[0007] 第一步:堆載型邊坡分級增載強度及相關(guān)坡體參數(shù)的確定；
[0008] 第二步:堆載邊坡分級增載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定；
[0009] 第三步:邊坡堆載位移監(jiān)測點布置與分層堆載位移變化值的確定；
[0010] 第四步:邊坡坡體堆載位移模量比參數(shù)與穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定；
[0011] 第五步:邊坡坡體極限巖土堆載量niCT的確定；
[0012] 第六步:邊坡坡體安全堆載量mk的確定。
[0013]更進一步地，每一步的具體操作為：
[0014] 第一步:堆載型邊坡分級增載強度及相關(guān)坡體參數(shù)的確定
[0015] 根據(jù)建筑垃圾堆載邊坡坡體分層堆載條件，將邊坡每層增加的堆載量作為堆載邊 坡的分層增載依據(jù)，對堆載邊坡進行分級加載，并運用全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)煒儀等測量儀器 確定每層堆載過程時邊坡坡角與堆載高度進而確定邊坡坡度，將邊坡分層堆載高度lu乘以 每層坡體的土體重度γ i作為邊坡分級加載強度參數(shù)。
[0016] 第二步:堆載邊坡分級增載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定
[0017] 1)邊坡危險滑移面區(qū)域的確定
[0018] 運用Fellenius法確定每層土堆載后邊坡的危險滑移面區(qū)域，即根據(jù)步驟一中確 定的邊坡滑移面圓心相關(guān)參數(shù)(堆載高度、坡角、邊坡坡度l:m)，依據(jù)原理1中的表1數(shù)據(jù)，可 確定邊坡滑移面圓心相關(guān)角度扮、&，進而確定滑移面圓心的大致位置，以圓心0到坡腳的距 離0B作為滑移面的半徑，確定滑移面區(qū)域，見圖2。
[0019] 2)邊坡堆載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定
[0020] 根據(jù)力學(xué)分析及滑坡形成特點，滑坡可分為滑移區(qū)與相對穩(wěn)定區(qū)，而邊坡上部堆 載物對坡體滑移產(chǎn)生直接作用的堆載范圍為滑移區(qū)，即應(yīng)為η-I層坡體坡頂平面與η層土體 堆載后形成的滑移面相交線L至坡面位置以上的區(qū)域，即為第η層土體堆載的壓力分布區(qū) 域。該區(qū)域內(nèi)堆載土體的有效增載壓力值為AWi(見圖3)，即邊坡每層有效增載壓力值A(chǔ)Wi 可由式（1)計算而得。
[0021] Δ ffi= γ di · Δ Vi (1)
[0022] 式中：
[0023] Δ Wi-第i層邊坡上部有效增載壓力值；
[0024] Λ Vi-第i層堆載物的有效體積；
[0025] ydi-第i層堆載物的有效重度；
[0026]每層有效堆載土體的體積AVi的計算，可由第i層堆載土體上層面與滑移面的交 點向下作本層土體坡面的平行線，以本層堆載土體的坡面、坡面平行線及上下層線所組成 的平行四邊形的面積作為每層有效堆載土體的橫截面面積A Si，進而可求出該類邊坡單位 寬度有效堆載體積A Vi。
[0027]第三步:邊坡堆載位移監(jiān)測點布置與分層堆載位移變化值的確定
[0028] 1)易布設(shè)監(jiān)測點的坡體監(jiān)測方案
[0029]①堆載壓力分布區(qū)位移監(jiān)測點布置方案的確定
[0030] 位移監(jiān)測點由位移監(jiān)測基準(zhǔn)點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成:位移監(jiān)測基準(zhǔn)點Kx(x 多3)布置選在監(jiān)測滑坡坡體以外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng)；滑坡位移變形 監(jiān)測點首先沿堆載邊坡坡面方向布置，宜從建筑垃圾堆載邊坡坡腳開始沿坡面向上方向按 坡長的e(e多2,技術(shù)人員可根據(jù)實際情況對具體數(shù)值作出選擇)等分點進行等間距布置監(jiān) 測點；在堆載邊坡坡面穩(wěn)定后，在坡頂方向宜從坡面與坡頂?shù)慕唤缣幯仄马斆娴难娱L方向 至步驟二確定的堆載壓力分布區(qū)域邊界范圍內(nèi)，依次按坡頂長度的f(f多2,技術(shù)人員可根 據(jù)實際情況對具體數(shù)值作出選擇)等分點進行等間距布置監(jiān)測點。每進行一層建筑垃圾堆 載后按照上述布置方案重新進行位移監(jiān)測點的布置，見圖4。
[0031] ②分層堆載平均位移變化值的確定
[0032] 以每一個堆載周期為一個監(jiān)測周期，對每層土體堆載后的邊坡位移進行監(jiān)測，并 確定每層土體堆載后的坡體位移平均合成值：即對每一個監(jiān)測點的豎向與水平位移值進行 合成求解其合位移值，然后對每個監(jiān)測點的合位移值累加求其平均值;將第i 土體堆載周期 后的坡體位移平均合成值Sl減去第i-Ι 土體堆載周期后的坡體位移平均合成值Sh確定為 其分層堆載平均位移變化值_，BP :
[0033] 織；8'「8以 (2)
[0034] 式中：
[0035] △瓦一分層堆載平均位移變化值；
[0036] Si-第i 土體堆載周期后的坡體位移平均合成值；
[0037] Sh-第i-Ι 土體堆載周期后的坡體位移平均合成值。
[0038] 2)不易布置監(jiān)測點的坡體監(jiān)測方案
[0039] 對于位移監(jiān)測點不易布設(shè)的坡體，或邊坡進入臨滑狀態(tài)不適合進入布設(shè)監(jiān)測點 時，為對邊坡位移進行監(jiān)測，本發(fā)明監(jiān)測方案特提出運用三維激光掃描儀(Z+F 5010X)進行 三維監(jiān)測，以每層堆載開始到下層堆載開始的時間段作為一個堆載周期，在每一堆載周期 開始與結(jié)束時均對邊坡進行三維全景掃描，將其數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)，并計算和確定該類邊 坡分層堆載的平均位移變化值Δξ p
[0040] 第四步:邊坡坡體堆載位移模量比參數(shù)與穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定
[0041 ] 1)邊坡堆載位移模量比參數(shù)的確定
[0042]定義第1堆載周期后的坡體堆載模量值可由式(3)求解確定，同理，第i堆載周期后 的坡體堆載模量值可由式(4)求解確定。
[0045]定義邊坡堆載位移模量比參數(shù)(1為第i堆載周期后的坡體堆載模量值與第1堆載 周期后的坡體堆載模量值之比，其值可由式(5)計算確定：
[0047]式中：
[0048] ζ:-第i層邊坡堆載位移模量比；
[0049] & 一第1堆載周期后的坡體堆載模量；
[0050] Ei-第i堆載周期后的坡體堆載模量；
[00511 AWi-第i層滑移體上方有效增載壓力值；
[0052] AWi-第1層堆載土體的有效壓力值；
[0053] Δξ-第i層堆載邊坡各監(jiān)測點位移變化平均值ΔΙ；;
[0054] Δ5；-第1層堆載土體的位移平均值。
[0055] 2)坡體穩(wěn)定性評價判據(jù)準(zhǔn)則的確定
[0056] 根據(jù)彈塑性力學(xué)基本原理，堆載邊坡穩(wěn)定性可運用邊坡堆載位移模量比大小來評 價，而且該堆載位移模量比大小只取決于邊坡穩(wěn)定性，而與坡體堆載量及降雨等環(huán)境因素 無關(guān)，即當(dāng)ζ = 1時，表明堆載邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)ζ < 1時，則表明堆載邊坡的穩(wěn)定性處于 降低狀態(tài);當(dāng)ζ-O時，表明堆載邊坡即將整體失穩(wěn)。
[0057]根據(jù)邊坡堆載位移模量比與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系，本發(fā)明依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，運用 邊坡堆載位移模量比參數(shù)ζ:的均值G及其均方差異常判據(jù)作為坡體穩(wěn)定性評價判據(jù)，其中， 邊坡堆載位移模量比參數(shù)ζ:的均值€代表邊坡的整體穩(wěn)定性評價參數(shù)，該參數(shù)ζ 1均方差 代表邊坡偏離穩(wěn)定性評價參數(shù)。具體為先實時統(tǒng)計平均值&，之后可通過式(6)求 解其相應(yīng)的均方差〇 i:
[0059]式中：
[0060] 〇1 -堆載位移模量比參數(shù)方差；
[0061] ζ,-第i層的堆載位移模量比參數(shù)；
[0062] ~< 堆載位移模量比參數(shù)的平均值。
[0063] 根據(jù)邊坡工程的具體地質(zhì)條件和重要等級，選擇=減一倍或二倍均方差作為邊坡 堆載位移模量比穩(wěn)定性異常判據(jù)，即：6 A或C ^ -2σ,.?
[0064]第五步:邊坡坡體極限巖土堆載量iiict的確定
[0065] 1)當(dāng)邊坡坡體堆載位移模量比達到堆載位移模量比異常判據(jù)即= -巧或 2σ,.時，邊坡將進入整體變形滑移破壞高風(fēng)險階段，則此時第i堆載周期的最大有效 增載壓力值△ WmX可由式(7)確定；
[0067]式中：
[0068] AWmax-最后一層最大有效增載壓力值；
[0069] ζ:-第i層的堆載位移模量比參數(shù)；
[0070] 〇1 -堆載位移模量比參數(shù)(,均方差；
[0071] AWi-第1層堆載土體的有效壓力值；
[0072] -第i層堆載邊坡各監(jiān)測點位移變化平均值;
[0073] Δξ-第1層堆載土體的位移平均值。
[0074] 則本層的最大有效堆載高度hmax可由式(8)計算確定。
[0076]式中：
[0077] hmax-最后一層最大有效堆載高度；
[0078] AWmax-最后一層最大有效增載壓力值；
[0079] hi-第i層堆載土體高度；
[0080] A Wi-第i層滑移體上方有效增載壓力值。
[0081] 2)根據(jù)堆載邊坡坡面及后緣邊界形狀特點與每層堆載邊坡的高度lu(最后一層采 用最大有效堆載高度hmax)，具體見圖3,可確定每層堆載土體的總體積￥1，并運用公式(9)、 (1 〇)可求得各層土體堆載量nu。
[0082]前η-I層土體堆載量：
[0083] mi= ( y i · Vi)/g (9)
[0084]最后一層土體最大堆載量：
[0085] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0086] 式中：
[0087] nu-第i層土體堆載量；
[0088] Hlmax -最后一層土體最大堆載量；
[0089] yi-第i層堆載土體重度；
[0090] Vi-第i層堆載土體的總體積；
[0091] Vmax-最后一層堆載土體的總體積；
[0092] g -重力加速度。
[0093]將最后一層極限堆載量與邊坡前η-I層堆載量相累加，即可通過式（11)確定邊坡 坡體極限巖土堆載量mcr;
[0095]式中：
[0096] mcr-堆載邊坡的極限巖土堆載量；
[0097] Hlmax-最后一層最大堆載量；
[0098] nii-第i層土體堆載量。
[0099] 第六步:邊坡坡體安全堆載量mk的確定
[0100] 根據(jù)邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數(shù)k，其中該滑坡的安全 系數(shù)根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013或《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》DL/T 5353-2006等規(guī)范規(guī)程綜合分析確定。將堆載邊坡的極限巖土堆載量除以邊坡的安全系數(shù)k 可確定該類堆載邊坡的安全堆載量為：
[0102]式中：
[0103] mk-堆載邊坡安全堆載量；
[0104] iiict-堆載邊坡的極限巖土堆載量。
[0105]本發(fā)明的原理與依據(jù)如下：
[0106] 1)根據(jù)Fellenius法，假定其邊坡滑動面形狀為圓弧，對均質(zhì)粘性土坡：當(dāng)p>〇時， 其最危險滑動面通過坡腳；當(dāng)W = 〇時，其最危險滑動面也可能通過坡腳。根據(jù)Fellenius通 過大量的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)供=〇的簡單土坡的最危險滑移面為通過坡腳的圓弧，其圓心位 于圖2中A0與B0兩線的交點。圖2(a)中扮、&坡角或坡度的關(guān)系見表1。
[0107] 表1 的確定
[0110] 對爐>〇的土坡，最危險滑弧圓心位置如圖2(b)所示，最危險滑動面圓弧圓心位置 即在0E連線的延長線上，E點位置如圖所示。即可確定邊坡危險滑移面的區(qū)域。
[0111] 2)通過力學(xué)分析以及滑坡滑移面形成特點，可將滑坡滑移體稱為邊坡滑移區(qū)，其 他穩(wěn)定坡體稱為邊坡相對穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)邊坡力學(xué)可知，邊坡滑移區(qū)的承載能力遠小于邊坡 相對穩(wěn)定區(qū)，正是因為滑移區(qū)作為邊坡承載力的薄弱區(qū)域，當(dāng)坡頂進行堆載時，首先達到極 限承載力而造成坡體破壞的區(qū)域必然位于滑移區(qū)，而當(dāng)滑移區(qū)破壞，滑移區(qū)上部堆載體將 隨滑移體滑出，對整個坡體而言將形成卸載效應(yīng)，因此可認(rèn)為邊坡上部堆載土體對坡體滑 移破壞產(chǎn)生直接作用的堆載范圍為滑移區(qū)即滑移體頂部區(qū)域范圍內(nèi)，即應(yīng)為n-1層坡體坡 頂平面與η層土體堆載后形成的滑移面相交線L至坡面位置以上區(qū)域的η層堆載土體的有效 增載壓力值△ Wi，見圖3，有效增載壓力值△ Wi可由式(1)計算而得。
[0112] Δ ffi= γ a · Δ Vi (1)
[0113] 式中：
[0114] AWi -邊坡上部有效增載壓力值；
[0115] yd-堆載物的有效重度；
[0116] Δ Vi -堆載物的有效體積。
[0117]根據(jù)彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理，在三軸應(yīng)力條件下，一般巖土體材料的應(yīng) 力應(yīng)變關(guān)系及其破壞規(guī)律可分為三個階段，第一階段為壓縮變形階段，雖然其應(yīng)力P與應(yīng)變 S呈非線性關(guān)系，但在該階段加載和卸載對材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不產(chǎn)生不可逆的變化。第二 階段為彈性變形階段或近彈性變形階段，在此階段內(nèi)，應(yīng)力P與應(yīng)變S成線性關(guān)系，其加載卸 載后變形能完全恢復(fù)，即變形可逆，此階段內(nèi)應(yīng)力變化A Pi與應(yīng)變變化Δ5；的比值λ為定值。 第三階段為塑性變形階段，應(yīng)力Ρ與應(yīng)變S成非線性關(guān)系，此時的應(yīng)力變化△ Pi與應(yīng)變變化 Δξ與的比值λ已不再是一個定值，而且隨著應(yīng)力ΔΡι的增大和材料塑性損傷的不斷發(fā)展，其 相應(yīng)應(yīng)變響應(yīng)的變化量Αξ也呈現(xiàn)非線性增大，因此其應(yīng)力變化A Pi與應(yīng)變變化的比值 λ將出現(xiàn)非線性減??；當(dāng)材料達到峰值強度后，即在材料完全破壞時，其應(yīng)力變化Δ ?,與應(yīng) 變變化Δ矣的比值將趨近于0。上述巖土材料的基本變形與破壞規(guī)律表明，在非線性系統(tǒng)失 穩(wěn)前可以通過材料的應(yīng)力變化A Ρ,與應(yīng)變變化Δ5；的比值作為非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性狀態(tài)與趨 近失穩(wěn)的定量表征。
[0118]因此，第1堆載周期后土體的模量可由式（3)求解確定，同理，第i堆載周期后土體 的模量可由式(4)求解確定。
[0121]定義邊坡堆載位移模量比參數(shù)(1為第i堆載周期后土體的模量與第1堆載周期后 的模量之比，其值可由式(5)計算求得。
[0123] 通過繪制邊坡堆載位移模量比參數(shù)ζ,隨堆載時間關(guān)系曲線，可知在邊坡坡體壓縮 變形階段，ζ^Ι;當(dāng)坡體出現(xiàn)塑性變形時，ζ<1;當(dāng)坡體出現(xiàn)滑移破壞時，ζ:將出現(xiàn)突變，即 趨于零。
[0124] 本發(fā)明依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，運用邊坡堆載位移模量比參數(shù)方差異常判據(jù)，即 先實時統(tǒng)計平均值f，之后求解其均方差為，根據(jù)邊坡工程的具體地質(zhì)條件和重 要等級，以忍減一倍或二倍均方差作為邊坡堆載位移模量比異常判據(jù)。即或 G Sf -2%，則此時第i堆載周期的最大有效增載壓力值Δ Wmax可由式(7)確定；
[0126]式中：
[0127] AWmax-最后一層最大有效增載壓力值；
[0128] ζ,-第i層的堆載位移模量比參數(shù)；
[0129] 〇1 -堆載位移模量比參數(shù)(,均方差；
[0130] AWi-第1層堆載土體的有效壓力值；
[0131 ] Δξ-第i層堆載邊坡各監(jiān)測點位移變化平均值Δξ :;
[0132] @ 一第1層堆載土體的位移平均值。
[0133] 則本層的最大有效堆載高度hmax可由式(8)計算確定。
[0135] 式中：
[0136] hmax-最后一層最大有效堆載高度；
[0137] AWmax-最后一層最大有效增載壓力值；
[0138] hi-第i層堆載土體高度；
[0139] AWi-第i層滑移體上方有效增載壓力值。
[0140] 2)根據(jù)堆載邊坡后緣面形狀特點與每層堆載邊坡的高度lu(最后一層采用最大有 效堆載高度hmax)，可確定每層堆載土體的總體積1，并運用公式(9)、（10)可求得各層土體 堆載量ΠΗ。
[0141]前η-I層土體堆載量：
[0142] mi= ( y i · Vi)/g (9)
[0143] 最后一層土體最大堆載量：
[0144] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0145] 式中：
[0146] mi-第i層土體堆載量；
[0147] mmax-最后一層土體最大堆載量；
[0148] Yi-第i層堆載土體重度；
[0149] Vi-第i層堆載土體的總體積；
[0150] Vmax-最后一層堆載土體的總體積；
[0151] g -重力加速度。
[0152] 將最后一層極限堆載量與邊坡前η-I層堆載量相累加，即可通過式（11)確定邊坡 坡體極限巖土堆載量mcr;
[0154]式中：
[0?55] mcr-堆載邊坡的極限巖土堆載量；
[0156] Hlmax-最后一層最大堆載量；
[0157] mi 一第i層土體堆載量。
[0158] 本發(fā)明所闡述的方法，相比傳統(tǒng)評價方法，采用彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理 計算的方法進行邊坡安全性評價及確定邊坡滑移坡體極限堆載量，不僅提供了一套有效的 評價邊坡穩(wěn)定性和準(zhǔn)確的計算邊坡滑移坡體極限堆載量的方法，而且補充了現(xiàn)有該類滑坡 的理論計算體系方法。該方法設(shè)計原理可靠，具有計算結(jié)果精度高、易于實施的特點，且節(jié) 約成本，工程應(yīng)用性強，應(yīng)用范圍廣。
【附圖說明】
[0159] 圖1本發(fā)明流程示意圖；
[0160] 圖2邊坡滑移面區(qū)域示意圖；
[0161 ]圖3邊坡滑移面有效堆載土體區(qū)域示意圖；
[0162] 圖4邊坡位移監(jiān)測布置圖；
[0163] 圖5實施例中邊坡滑移面有效堆載土體區(qū)域示意圖；
[0164] 圖6實施例中邊坡位移監(jiān)測布置圖。
【具體實施方式】
[0165] 為更好地說明本發(fā)明，本發(fā)明結(jié)合某堆載滑坡加以詳細論述其可能性，以證明其 實際意義與價值。
[0166] 第一步:堆載型邊坡分級增載強度及相關(guān)坡體參數(shù)的確定
[0167] 運用全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)煒儀等測量儀器確定每層堆載過程時邊坡坡角角度〇1與 堆載高度h，運用室內(nèi)土工試驗綜合測定每層邊坡坡體的土體重度γ i，具體數(shù)據(jù)見表2。
[0168] 表2各層堆載邊坡坡角與高度參數(shù)表
[0169]
[0170]第二步:堆載邊坡分級增載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定；
[0171] 1)邊坡危險滑移面區(qū)域的確定
[0172] 運用Fellenius法確定每層堆載后邊坡的危險滑移面區(qū)域，即根據(jù)步驟一中所確 定的與邊坡滑移面圓心有關(guān)的參數(shù)(堆載高度、坡角、邊坡坡度l:m)確定各層堆載邊坡的圓 心〇1、〇2、〇3、〇4、〇5、〇6、〇7，進而確定滑移面的大致區(qū)域，如圖5所示。
[0173] 2)邊坡堆載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定
[0174] 可由式(1)計算每層有效增載壓力值△ Wi，具體數(shù)據(jù)見表3。
[0175] Δ ffi= γ di · A Vi (1)
[0176] 第三步:邊坡堆載位移監(jiān)測點布置與分層堆載位移變化值的確定
[0177] 1)坡體位移監(jiān)測布置方案
[0178] 位移監(jiān)測點由位移監(jiān)測基準(zhǔn)點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成。位移監(jiān)測基準(zhǔn)點Kx(x 多3)布置選在監(jiān)測滑坡坡體以外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng)；滑坡位移變形 監(jiān)測點布置方案，在坡面方向，宜從建筑垃圾堆載邊坡坡腳開始沿坡面向上方向按坡長的3 等分點等間距布置監(jiān)測點，在坡頂方向，宜從坡面與坡頂?shù)慕唤缣幯仄马斆娴难娱L方向至 步驟二確定的堆載壓力分布區(qū)域邊界范圍內(nèi)，依次按坡頂長度的4等分點等間距布置監(jiān)測 點。每進行一層建筑垃圾堆載就按照上述布置方案重新進行位移監(jiān)測點的布置，最后一層 堆載土體后的監(jiān)測點的布置，見圖6。
[0179] 2)分層堆載平均位移變化值的確定
[0180] 對每層土體堆載后的邊坡進行監(jiān)測，并計算其平均位移變化值Δ^；。并將上述采集 處理的數(shù)據(jù)記錄EXCEL表格內(nèi)，見表3。
[0181] ASj - - Sj^ (62.)
[0182] 表3坡體位移與堆載壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)值
[0184] 第四步:邊坡坡體堆載位移模量比參數(shù)與穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定
[0185] 1)邊坡堆載位移模量比參數(shù)的確定
[0186] 第1堆載周期后土體的模量可由式(3)求解確定，同理，第i堆載周期后土體的模量 可由式(4)求解確定。
[0189]定義邊坡堆載位移模量比參數(shù)(1為第i堆載周期后土體的模量與第一堆載周期后 的模量之比，其值可由式(5)計算求得。具體數(shù)據(jù)見表3。
[0191 ] 2)坡體穩(wěn)定性評價判據(jù)的確定
[0192]本發(fā)明依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，運用邊坡堆載位移模量比參數(shù)均方差異常判據(jù)作為 坡體穩(wěn)定性評價判據(jù)，具體為先實時統(tǒng)計平均值之后可通過式(6)求解其相應(yīng) 的均方差〇i，具體參數(shù)見表4。
[0194] 表4實時統(tǒng)計ζχ-ζ?相應(yīng)的均方差〇i
[0197] 根據(jù)本堆載邊坡工程的重要等級，以G減二倍均方差作為邊坡堆載位移模量比異 常判據(jù)。即：^ G - 2巧，由上表數(shù)據(jù)計算可知：
[0198] = 0.83 <ζ.-2σ = 0.9:8-0.06x2 = 0.86^.ζι~ζ6^ζ?-2σ
[0199] 則堆載邊坡在第7堆載周期進入滑移高風(fēng)險期。
[0200]第五步:邊坡坡體極限巖土堆載量niCT的確定；
[0201] 1)根據(jù)步驟四可知，在進行第7堆載周期時邊坡進入了高風(fēng)險時刻，所以本層的最 女有效增裁壓力倌可按式（7)確奮；
[0205]則本層的最大有效堆載高度hmax可由式(8)計算確定。
[0208] 2)根據(jù)堆載邊坡后緣邊界形狀特點與每層堆載邊坡的高度lu(最后一層采用最大 有效堆載高度hmax)，可確定每層堆載土體的總體積1，并運用公式(9)、（10)可求得各層土 體堆載量nu，具體數(shù)據(jù)見表5。
[0209]前n-1層土體堆載量：
[0210] mi=(yi.Vi)/g (9)
[0211] 最后一層土體最大堆載量：
[0212] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0213] 表5堆載邊坡各層土體的堆載量
[0215]將最后一層極限堆載量與邊坡前n-1層堆載量相累加，即可通過式（11)確定邊坡 坡體極限巖土堆載量mcr;
[0217] mCr = 2230.2+1685.6+1932+2148+1716+2032.8+2150
[0218] mCr= 13894.6t
[0219] 第六步:邊坡坡體安全堆載量mk的確定
[0220] 根據(jù)邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數(shù)k，其中該滑坡的安全 系數(shù)可根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013規(guī)范規(guī)程綜合分析確定。將堆載邊坡的 極限巖土堆載量除以邊坡的安全系數(shù)k可確定該類堆載邊坡的安全堆載量為：
[0223]本發(fā)明所闡述的方法，相比傳統(tǒng)定性評價方法，采用彈塑性理論和巖土力學(xué)基本 原理理論計算的方法進行邊坡安全性評價及確定邊坡滑移坡體極限，不僅提供了一套有效 的評價邊坡穩(wěn)定性和準(zhǔn)確的計算邊坡滑移坡體最大堆載量方法，而且補充了現(xiàn)有缺乏評價 該類滑坡的理論計算體系方法。該方法設(shè)計原理可靠，具有結(jié)果確定精度高、易于實施的特 點，且節(jié)約成本，工程應(yīng)用性強，應(yīng)用范圍廣。
【主權(quán)項】
1. 一種建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，步驟如下： 第一步:堆載型邊坡分級增載強度及相關(guān)坡體參數(shù)的確定； 第二步:堆載邊坡分級增載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定； 第Ξ步:邊坡堆載位移監(jiān)測點布置與分層堆載位移變化值的確定； 第四步:邊坡坡體堆載位移模量比參數(shù)與穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定； 第五步:邊坡坡體極限巖±堆載量mtr的確定； 第六步:邊坡坡體安全堆載量mk的確定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第一 步的具體操作為:根據(jù)建筑垃圾堆載邊坡坡體分層堆載條件，將邊坡每層增加的堆載量作 為堆載邊坡的分層增載依據(jù)，對堆載邊坡進行分級加載，確定每層堆載過程時邊坡坡角與 堆載高度進而確定邊坡坡度，將邊坡分層堆載高度hi乘W每層坡體的±體重度γ 1作為邊坡 分級加載強度參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第二 步的具體操作為： 1) 邊坡危險滑移面區(qū)域的確定 運用化llenius法確定每層±堆載后邊坡的危險滑移面區(qū)域； 2) 邊坡堆載壓力分布區(qū)域與增載壓力值的確定 根據(jù)力學(xué)分析及滑坡形成特點，滑坡可分為滑移區(qū)與相對穩(wěn)定區(qū)，而邊坡上部堆載物 對坡體滑移產(chǎn)生直接作用的堆載范圍為滑移區(qū)，即應(yīng)為n-1層坡體坡頂平面與11層±體堆載 后形成的滑移面相交線L至坡面位置W上的區(qū)域，即為第11層±體堆載的壓力分布區(qū)域;該 區(qū)域內(nèi)堆載±體的有效增載壓力值為A Wi，即邊坡每層有效增載壓力值Δ Wi由式(1)計算而 得： AWi= Ydi · Δ Vi (1) 式中： A Wi-第i層邊坡上部有效增載壓力值； A Vi-第i層堆載物的有效體積； 丫 di-第i層堆載物的有效重度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，每層 有效堆載±體的體積AVi的計算方法為：由第i層堆載±體上層面與滑移面的交點向下作 本層±體坡面的平行線，W本層堆載±體的坡面、坡面平行線及上下層線所組成的平行四 邊形的面積作為每層有效堆載±體的橫截面面積ASi，進而求出該類邊坡單位寬度有效堆 載體積Δ Vi。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第Ξ 步的具體操作為： ①堆載壓力分布區(qū)位移監(jiān)測點布置方案的確定 位移監(jiān)測點由位移監(jiān)測基準(zhǔn)點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成：位移監(jiān)測基準(zhǔn)點Κχ至少3 個，布置選在監(jiān)測滑坡坡體W外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng);滑坡位移變形監(jiān) 測點首先沿堆載邊坡坡面方向布置，宜從建筑垃圾堆載邊坡坡腳開始沿坡面向上方向按坡 長的e等分點進行等間距布置監(jiān)測點;在堆載邊坡坡面穩(wěn)定后，在坡頂方向宜從坡面與坡頂 的交界處沿坡頂面的延長方向至步驟二確定的堆載壓力分布區(qū)域邊界范圍內(nèi)，依次按坡頂 長度的f等分點進行等間距布置監(jiān)測點；每進行一層建筑垃圾堆載后按照上述布置方案重 新進行位移監(jiān)測點的布置;所述e > 2、f > 2; ②分層堆載平均位移變化值的確定 W每一個堆載周期為一個監(jiān)測周期，對每層±體堆載后的邊坡位移進行監(jiān)測，并確定 每層±體堆載后的坡體位移平均合成值:即對每一個監(jiān)測點的豎向與水平位移值進行合成 求解其合位移值，然后對每個監(jiān)測點的合位移值累加求其平均值;將第1±體堆載周期后的 坡體位移平均合成值Si減去第1-1±體堆載周期后的坡體位移平均合成值Si-i確定為其分 層堆載平均位移變化值Δ&，即： 毎二 Si-Si_、 (2) 式中： 么馬一分層堆載平均位移變化值； &-第1±體堆載周期后的坡體位移平均合成值； Si-i-第i-l±體堆載周期后的坡體位移平均合成值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第Ξ 步的具體操作為:對于位移監(jiān)測點不易布設(shè)的坡體，或邊坡進入臨滑狀態(tài)不適合進入布設(shè) 監(jiān)測點時，運用Ξ維激光掃描儀進行Ξ維監(jiān)測，W每層堆載開始到下層堆載開始的時間段 作為一個堆載周期，在每一堆載周期開始與結(jié)束時均對邊坡進行Ξ維全景掃描，將其數(shù)據(jù) 輸入計算機內(nèi)，并計算和確定該類邊坡分層堆載的平均位移變化值Δ?；.。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第四 步的具體操作為： 1)邊坡堆載位移模量比參數(shù)的確定 定義第1堆載周期后的坡體堆載模量值由式(3)求解確定，同理，第i堆載周期后的坡體 堆載模量值由式(4)求解確定；定義邊坡堆載位移模量比參數(shù)ζι為第i堆載周期后的坡體堆載模量值與第1堆載周期后 的坡體堆載模量值之比，其值由式(5)計算確定：式中： ζι-第i層邊坡堆載位移模量比； El-第1堆載周期后的坡體堆載模量； El-第i堆載周期后的坡體堆載模量； A Wi-第i層滑移體上方有效增載壓力值； A Wi-第1層堆載±體的有效壓力值； -第i層堆載邊坡各監(jiān)測點位移變化平均值Δ& ; Δ^ι -第1層堆載±體的位移平均值； 2)坡體穩(wěn)定性評價判據(jù)準(zhǔn)則的確定 根據(jù)邊坡工程的具體地質(zhì)條件和重要等級，選擇賓減一倍或二倍均方差作為邊坡堆載 位移模量比穩(wěn)定性異常判據(jù)，即：（ < 妄-巧或矣 < 否-2巧；(6) 式中： 〇1-堆載位移模量比參數(shù)ζι均方差； ζι-第i層的堆載位移模量比參數(shù)； 兵一（,~禹堆載位移模量比參數(shù)的平均值。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第五 步的具體操作為： 1) 當(dāng)邊坡坡體堆載位移模量比達到堆載位移模量比異常判據(jù)即：含宗-巧或 (,.<云-2σ,.時，邊坡將進入整體變形滑移破壞高風(fēng)險階段，則此時第i堆載周期的最大有效 增載壓力值A(chǔ) Wmax由式(7)確定；(7) 式中： Δ Wmax-最后一層最大有效增載壓力值； ζι-第i層的堆載位移模量比參數(shù)； 〇1 -堆載位移模量比參數(shù)ζι均方差； A Wi-第1層堆載±體的有效壓力值； -第i層堆載邊坡各監(jiān)測點位移變化平均值Δξ ; Α?ι-第1層堆載±體的位移平均值； 則本層的最大堆載高度hmax由式(8)計算確定：") 式中： hmax-最后一層最大有效堆載高度； Δ Wmax-最后一層最大有效增載壓力值； hi-第i層堆載上體高度； A Wi-第i層滑移體上方有效增載壓力值； 2) 根據(jù)堆載邊坡坡面及后緣邊界形狀特點與每層堆載邊坡的高度hi確定每層堆載±體 的總體積Vi，并運用公式(9)、（10)求得各層±體堆載量ΠΗ: 前11-1層±體堆載量： mi=( 丫i?Vi)/g (9) 最后一層±體最大堆載量： mmax= ( γ i · Vmax)/g (10) 式中： mi-第1層±體堆載量； mmax-最后一層±體最大堆載量； 丫 1-第i層堆載上體重度； Vi -第i層堆載上體的總體積； Vmax-最后一層堆載±體的總體積； g-重力加速度。 將最后一層極限堆載量與邊坡前n-1層堆載量相累加，通過式（11)確定邊坡坡體極限 巖±堆載量mcr; (11) 式中：mcr-堆載邊坡的極限巖±堆載量； mmax-最后一層最大堆載量； mi-第1層±體堆載量。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，第六 步的具體操作為:根據(jù)邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數(shù)k，將堆載邊 坡的極限巖±堆載量除W邊坡的安全系數(shù)k確定該類堆載邊坡的安全堆載量為：(12) 式中： mk-堆載邊坡安全堆載量； mcr-堆載邊坡的極限巖±堆載量。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法，其特征在于，所 述滑坡的安全系數(shù)k根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013或《水電水利工程邊坡設(shè) 計規(guī)范》DL/T 5353-2006規(guī)范規(guī)程綜合分析確定。
【文檔編號】G06F17/50GK106096169SQ201610452581
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】賀可強, 賈佰渠
【申請人】青島理工大學(xué)