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坡體參數的確定；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與穩(wěn)定性判據準則的確定；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)定性和準確的計算邊坡滑移坡體極限堆載量的方法，而且補充了現有該類滑坡的理論計算體系方法。該方法設計原理可靠，具有計算結果精度高、易于實施的特點，且節(jié)約成本，工程應用性強，應用范圍廣。
【專利說明】
一種建筑垃圾堆載邊坡極限堆載量的測定方法
技術領域
[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】
[0002] 近年來，隨著我國大量城鎮(zhèn)地區(qū)在交通、水利、能源、城市基礎設施建設規(guī)模的不 斷擴大，隨之而來產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 等地質災害，由此給城市居民帶來了巨大的生命財產經濟損失與工程安全隱患，并已成為 我國城鎮(zhèn)工程建設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分析法、極限平 衡法及位移監(jiān)測法。工程地質分析法主要是通過工程地質勘察手段，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)的力學機制等進行分析，對已變形地質體的 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 產生擾動破壞，因此很難準確對邊坡穩(wěn)定性進行評價;極限平衡方法是邊坡穩(wěn)定分析的傳 統方法，該方法先假設一個最危險滑動面，通過將滑體視為剛體，分析其沿滑動面的力學平 衡狀態(tài)，根據下滑力、抗滑力計算滑坡體的穩(wěn)定性系數Fs來預測滑坡的穩(wěn)定性。由于穩(wěn)定性 系數的直觀性，被工程廣泛應用。然而該類方法對滑坡邊界條件及坡體物理力學參數的要 求極為苛刻，且建立力學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，其物質構成、粒度大小及結構 復雜，導致難以確定其力學邊界條件，又因其堆載土體過程中每次堆載對坡體的擾動作用， 造成了獲取力學評價參數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驗統計預測方法，是直接運用位移參數的變化對滑 坡的穩(wěn)定性進行評價與預測預報。雖然這種滑坡預測預報方法簡單易操作，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警判據往往會造 成預測誤判，因此位移監(jiān)測法很難對該類堆載型滑坡穩(wěn)定性做出準確判別與預測。
[0004]為此，鑒于上述傳統評價設計方法的局限與不足，本發(fā)明旨在尋求一種突破現有 傳統理論的新方法，其方法主要根據彈塑性理論和巖土力學基本原理，在不考慮坡體物理 力學參數與具體最危險滑移面位置的條件下，運用位移動力學理論和依據邊坡動力荷載與 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與相應評價判據準則，以 達到更加有效的評價該類堆載型邊坡穩(wěn)定性及準確確定其極限堆載量的目的。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述傳統評價設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。主要根據彈塑性理論和巖土力學基本原理，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，通過監(jiān)測堆載邊 坡位移值與堆載壓力值等數據，確定邊坡堆載位移模量比ζ，以此參數作為堆載型邊坡穩(wěn)定 性評價參數，并運用數理統計理論與方法，建立以均方差σ為基礎的邊坡堆載位移模量比的 穩(wěn)定性異常判據，由此確定人工堆載邊坡坡體的極限堆載量，并依據邊坡安全系數等級，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)定性進行科學有效的監(jiān)測與評 價以及對邊坡堆載量進行科學的設計與有效的控制，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坡體參數的確定；
[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與穩(wěn)定性判據準則的確定；
[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坡體參數的確定
[0015] 根據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，對堆載邊坡進行分級加載，并運用全站儀、水準儀、經煒儀等測量儀器 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。
[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，即根據步驟一中確 定的邊坡滑移面圓心相關參數(堆載高度、坡角、邊坡坡度l:m)，依據原理1中的表1數據，可 確定邊坡滑移面圓心相關角度扮、&，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] 根據力學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 載物對坡體滑移產生直接作用的堆載范圍為滑移區(qū)，即應為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AWi 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)測基準點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成:位移監(jiān)測基準點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；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,技術人員可根據實際情況對具體數值作出選擇)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，依次按坡頂長度的f(f多2,技術人員可根 據實際情況對具體數值作出選擇)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)測點不易布設的坡體，或邊坡進入臨滑狀態(tài)不適合進入布設監(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 開始與結束時均對邊坡進行三維全景掃描，將其數據輸入計算機內，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與穩(wěn)定性判據準則的確定
[0041 ] 1)邊坡堆載位移模量比參數的確定
[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(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)定性評價判據準則的確定
[0056] 根據彈塑性力學基本原理，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，即當ζ = 1時，表明堆載邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當ζ < 1時，則表明堆載邊坡的穩(wěn)定性處于 降低狀態(tài);當ζ-O時，表明堆載邊坡即將整體失穩(wěn)。
[0057]根據邊坡堆載位移模量比與邊坡穩(wěn)定性的關系，本發(fā)明依據數理統計原理，運用 邊坡堆載位移模量比參數ζ:的均值G及其均方差異常判據作為坡體穩(wěn)定性評價判據，其中， 邊坡堆載位移模量比參數ζ:的均值€代表邊坡的整體穩(wěn)定性評價參數，該參數ζ 1均方差 代表邊坡偏離穩(wěn)定性評價參數。具體為先實時統計平均值&，之后可通過式(6)求 解其相應的均方差〇 i:
[0059]式中：
[0060] 〇1 -堆載位移模量比參數方差；
[0061] ζ,-第i層的堆載位移模量比參數；
[0062] ~< 堆載位移模量比參數的平均值。
[0063] 根據邊坡工程的具體地質條件和重要等級，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，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)當邊坡坡體堆載位移模量比達到堆載位移模量比異常判據即= -巧或 2σ,.時，邊坡將進入整體變形滑移破壞高風險階段，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；
[0070] 〇1 -堆載位移模量比參數(,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] 根據邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數k，其中該滑坡的安全 系數根據《建筑邊坡工程技術規(guī)范》GB50330-2013或《水電水利工程邊坡設計規(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)明的原理與依據如下：
[0106] 1)根據Fellenius法，假定其邊坡滑動面形狀為圓弧，對均質粘性土坡：當p>〇時， 其最危險滑動面通過坡腳；當W = 〇時，其最危險滑動面也可能通過坡腳。根據Fellenius通 過大量的計算結果發(fā)現，當供=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)。根據邊坡力學可知，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，因此可認為邊坡上部堆載土體對坡體滑 移破壞產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，即應為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]根據彈塑性理論和巖土力學基本原理，在三軸應力條件下，一般巖土體材料的應 力應變關系及其破壞規(guī)律可分為三個階段，第一階段為壓縮變形階段，雖然其應力P與應變 S呈非線性關系，但在該階段加載和卸載對材料的結構和性質并不產生不可逆的變化。第二 階段為彈性變形階段或近彈性變形階段，在此階段內，應力P與應變S成線性關系，其加載卸 載后變形能完全恢復，即變形可逆，此階段內應力變化A Pi與應變變化Δ5；的比值λ為定值。 第三階段為塑性變形階段，應力Ρ與應變S成非線性關系，此時的應力變化△ Pi與應變變化 Δξ與的比值λ已不再是一個定值，而且隨著應力ΔΡι的增大和材料塑性損傷的不斷發(fā)展，其 相應應變響應的變化量Αξ也呈現非線性增大，因此其應力變化A Pi與應變變化的比值 λ將出現非線性減??；當材料達到峰值強度后，即在材料完全破壞時，其應力變化Δ ?,與應 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，在非線性系統失 穩(wěn)前可以通過材料的應力變化A Ρ,與應變變化Δ5；的比值作為非線性系統穩(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(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ζ,隨堆載時間關系曲線，可知在邊坡坡體壓縮 變形階段，ζ^Ι;當坡體出現塑性變形時，ζ<1;當坡體出現滑移破壞時，ζ:將出現突變，即 趨于零。
[0124] 本發(fā)明依據數理統計原理，運用邊坡堆載位移模量比參數方差異常判據，即 先實時統計平均值f，之后求解其均方差為，根據邊坡工程的具體地質條件和重 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。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；
[0129] 〇1 -堆載位移模量比參數(,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，相比傳統評價方法，采用彈塑性理論和巖土力學基本原理 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)定性和準確的計算邊坡滑移坡體極限堆載量的方法，而且補充了現有該類滑坡 的理論計算體系方法。該方法設計原理可靠，具有計算結果精度高、易于實施的特點，且節(jié) 約成本，工程應用性強，應用范圍廣。
【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坡體參數的確定
[0167] 運用全站儀、水準儀、經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，運用室內土工試驗綜合測定每層邊坡坡體的土體重度γ i，具體數據見表2。
[0168] 表2各層堆載邊坡坡角與高度參數表
[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，即根據步驟一中所確 定的與邊坡滑移面圓心有關的參數(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，具體數據見表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)測基準點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成。位移監(jiān)測基準點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；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，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 處理的數據記錄EXCEL表格內，見表3。
[0181] ASj - - Sj^ (62.)
[0182] 表3坡體位移與堆載壓力監(jiān)測數據值
[0184] 第四步:邊坡坡體堆載位移模量比參數與穩(wěn)定性判據準則的確定
[0185] 1)邊坡堆載位移模量比參數的確定
[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(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。具體數據見表3。
[0191 ] 2)坡體穩(wěn)定性評價判據的確定
[0192]本發(fā)明依據數理統計原理，運用邊坡堆載位移模量比參數均方差異常判據作為 坡體穩(wěn)定性評價判據，具體為先實時統計平均值之后可通過式(6)求解其相應 的均方差〇i，具體參數見表4。
[0194] 表4實時統計ζχ-ζ?相應的均方差〇i
[0197] 根據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。即：^ G - 2巧，由上表數據計算可知：
[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)根據步驟四可知，在進行第7堆載周期時邊坡進入了高風險時刻，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，具體數據見表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] 根據邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數k，其中該滑坡的安全 系數可根據《建筑邊坡工程技術規(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，相比傳統定性評價方法，采用彈塑性理論和巖土力學基本 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)定性和準確的計算邊坡滑移坡體最大堆載量方法，而且補充了現有缺乏評價 該類滑坡的理論計算體系方法。該方法設計原理可靠，具有結果確定精度高、易于實施的特 點，且節(jié)約成本，工程應用性強，應用范圍廣。
【主權項】
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坡體參數的確定； 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與穩(wěn)定性判據準則的確定； 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. 根據權利要求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，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。3. 根據權利要求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 根據力學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 對坡體滑移產生直接作用的堆載范圍為滑移區(qū)，即應為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. 根據權利要求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. 根據權利要求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)測基準點和滑坡位移變形監(jiān)測點組成：位移監(jiān)測基準點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;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，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. 根據權利要求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)測點不易布設的坡體，或邊坡進入臨滑狀態(tài)不適合進入布設 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束時均對邊坡進行Ξ維全景掃描，將其數據 輸入計算機內，并計算和確定該類邊坡分層堆載的平均位移變化值Δ?；.。7. 根據權利要求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)定性評價判據準則的確定 根據邊坡工程的具體地質條件和重要等級，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，即：（ < 妄-巧或矣 < 否-2巧；(6) 式中： 〇1-堆載位移模量比參數ζι均方差； ζι-第i層的堆載位移模量比參數； 兵一（,~禹堆載位移模量比參數的平均值。8.根據權利要求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) 當邊坡坡體堆載位移模量比達到堆載位移模量比異常判據即：含宗-巧或 (,.<云-2σ,.時，邊坡將進入整體變形滑移破壞高風險階段，則此時第i堆載周期的最大有效 增載壓力值A 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； 〇1 -堆載位移模量比參數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. 根據權利要求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:根據邊坡的規(guī)模與重要性，確定邊坡的重要等級與安全系數k，將堆載邊 坡的極限巖±堆載量除W邊坡的安全系數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. 根據權利要求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k根據《建筑邊坡工程技術規(guī)范》GB50330-2013或《水電水利工程邊坡設 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