[发明专利]一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法

权利要求书

1.一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基坑边坡最危险滑移面位置的确定，所述步骤一中基坑边坡最危险滑移面位置根据瑞典圆弧费伦纽斯法确定；

步骤二：基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定，根据基坑边坡整体稳定性系数，预应力锚杆提供的抗滑力为，

令θ_j+α_mj＝x，则依据式(1)可构建一个三角函数y如下，

综合考虑土层的内摩擦角预应力锚杆入射角α_mj取15°～25°以及圆弧滑移面半径大小的影响，锚杆的最优入射角为：

其中：P_uj—第j根预应力锚杆在稳定区即滑移面外所提供的极限抗拔力

θ_j—第j根锚杆与滑移面交点处的倾角

—内摩擦角

x—θ_j+α_mj＝x；

步骤三：基坑边坡预应力锚杆布设位置及锚固预应力的确定；

步骤四：基坑边坡土钉加固参数与方案的确定；

步骤五：预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价；

步骤六：预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方法的确定。

2.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤三包括：

1)第一层预应力锚杆布设位置的确定，

根据规定，锚杆与水平面夹角为15°～25°，假设插入的第一层锚杆入射角α_m1，锚杆与滑移面的交点处的倾角为根据已知量α_m1，θ₁和交点到坡面的水平距离，可得第一层锚杆的位置应布设在距坡脚竖直位移为H处：

式中：φ—开挖坡面的坡度，α_mj—锚杆的入射角度，a、b—圆弧滑移面所对应的圆心的横坐标和纵坐标，R—圆弧滑移面的半径，θ_j—锚杆与滑移面交点处的倾角；

2)第二层，...，第n层预应力锚杆布设位置的确定，

如果第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性满足不了稳定性设计要求，则以第一层预应力锚杆为基点分别在相邻第一层预应力锚杆上、下布设第二层、第三层…第n层锚杆,直至边坡加固稳定性满足其稳定性设计要求；

3)锚杆锚固预应力的确定；

根据规定，锚杆的极限抗拔承载力符合：

锚杆极限抗拔力的确定符合下式规定：

P_u＝πd∑q_sikl_i (6)

根据上式(5)(6)，求得最优锚固预应力：

式中，N_k-锚杆轴向拉力标准值，其单位为KN，P_u-锚杆极限抗拔承载力标准值，其单位为KN，K_t-锚杆抗拔安全系数，d-锚杆的锚固体直径，其单位为m，l_i-锚杆的锚固段在第i土层中的长度，其单位为m，q_sik-锚固体与第i土层之间的极限粘结强度标准值，其单位为kpa。

3.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤四包括：在基坑边坡中部布设预应力锚杆的基础上，以预应力锚杆为基点分别在边坡高倾角滑移面的上部和低倾角滑移面的下部布设土钉加固工程，其中最下层和最上层土钉与相邻预应力锚杆的纵向垂直距离不少于预应力锚杆的设计间距。

4.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤五预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价采用下述公式：

式中，K_s2-整体稳定性分项抗力系数，η₂-应力锚杆组合作用折减系数，s_2xj-第j根预应力锚杆的平均水平间距，P_uj-第j根预应力锚杆在稳定区即滑移面外所提供的极限抗拔力，α_mj-第j根预应力锚杆与水平面之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤六包括：

1)第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数的确定，

根据步骤五，首先确定第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数F₁；

2)预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案的确定，

根据预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数，对第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性进行评价：F_j≥K_S，表明布设第一层锚杆即能满足基坑的整体稳定性要求；F_j＜K_S，则表明布设一层锚杆不能满足基坑的整体稳定性要求，则以已经布设的第一层锚杆为基础，根据先下部后上部、上部与下部交替布设的原则继续布设锚杆；当完成第n次优化分析与评价后，直至满足基坑边坡整体稳定性要求，由此确定预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案，K_s为整体稳定性安全系数。