[发明专利]滑坡排水孔优化设计参数的测定方法

权利要求书

1.一种滑坡排水孔优化设计参数的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：滑坡基本物理力学参数的勘探与测定：

按照现行《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)、《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)及《土工试验规程》(SL237-1999)，对滑坡坡体进行岩土工程勘查与现场原位试验，综合确定坡体长度W、宽度L；确定滑坡下伏基岩整体滑移面倾角θ_i、坡体垂直埋深H_ci的变化规律；运用岩土原位试验或室内土工试验综合测定滑坡坡体土层粘聚力c、内摩擦角重度γ、有效粘聚力c′、有效内摩擦角饱和重度γ_sat；

步骤二：滑坡坡体地下水位的监测及水力梯度I的确定：

运用高密度电阻率法选取待测定滑坡坡面起伏不大的地段布设测线，在测线上布置电极，用多芯电缆将测线上的电极连接到电极转换装置上，再用电极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置，进而用数据采集仪测定剖面下方电阻率分布情况，并根据电阻率与含水率具有负相关关系的原理，找到电阻率突变的测点，将这些点连接，即为地下水位线，确定地下水位H_wi的变化规律；将地下水位线近似成折线，计算每段的水力梯度，即单位渗流路径上的水头损失；根据式(1)确定每段水力梯度i_m：

式中，ΔL_m—每段水位线的水平距离；

Δh_m—每段水位线对应的水位差；

最后取各段水力梯度的平均值作为滑坡的水力梯度I：

步骤三：排水孔布设位置的确定，包括如下小步：

第一步：滑坡坡体变宽度垂直条分：

滑坡条分土条越多，土条滑移面倾角变化越小，评价滑坡的稳定性精度越高；然而，考虑到有效的条分既要尽量减少工作量，提高评价与防治效益，还要能有效准确计算滑坡稳定性，结合排水孔的布设间距要求，对滑坡滑移面坡体进行变宽度垂直条分；

第二步：第i土条剩余下滑力的确定：

对土条进行受力分析，根据式(3)和式(4)分别求出第i土条自身产生的滑动力G_i和抗滑力P_i：

G_i＝γ(H_ci-H_wi)X_isinθ_i+γ_satH_wiX_isinθ_i+Iγ_wX_iH_wi (3)

式中：H_ci为第i土条的平均高度(m)；H_wi为第i土条地下水的平均深度(m)；X_i为第i土条的水平宽度(m)；I为水力梯度；γ为土的天然重度(kN/m³)；γ_sat为土体的饱和重度(kN/m³)；γ_w为水的重度；θ_i为第i土条滑面倾角；为滑面有效内摩擦角，c′为滑面有效粘聚力；γ′为土的浮重度；

根据式(5)确定第i土条的下滑力T_i：

T_i＝G_i-P_i (5)

第三步：第i+1土条的剩余下滑力T_ci的确定：

T_i对第i+1土条的作用力可分解成平行下侧土条滑面和垂直下侧土条滑面两个分力，由垂直分力而产生的抗滑力为T_1i，平行下侧面分为T_2i，根据式(6)和式(7)分别可分别确定T_1i和T_2i：

T_2i＝T_i cosα_i (7)

式中：α_i为土条i与i+1滑面的倾角之差；

根据式(8)确定由T_i作用给下侧第i+1土条的剩余下滑力为：

T_ci＝T_2i-T_1i (8)

第四步：滑坡局部稳定性系数F_si及不同滑移区的确定：

根据式(9)确定第i+1土条的稳定系数F_si：

式中：G_i+1和P_i+1分别是第i+1土条自身产生的滑动力和抗滑力；

根据滑坡坡体条块稳定性系数F_si的大小及步骤三中计算的第i条块剩余下滑力值T_ci的大小，可判别滑坡坡体主动滑移区、挤压区和稳定区的部位，将滑坡后缘至剩余下滑推力值T_ci达到峰值的条块所在区域定义为滑坡主动滑移区；将剩余下滑推力值T_ci达到峰值的条块至F_si≤1的条块区域定义为滑坡坡体挤压区；将F_si＞1的条块所在区域滑坡坡体定义为滑坡坡体稳定区，确定推移式滑坡主动滑移区、坡体挤压区与坡体稳定区；

第五步：排水孔布设位置的确定：

根据各土条的剩余下滑推力值做出剩余下滑推力曲线，找出该曲线上剩余下滑推力值由小增大到减小的拐点，该拐点所对应土条下侧位置即为滑坡底部排水孔最优布设位置；

步骤四：滑坡单位排水自稳率的确定：

定义滑坡单位排水自稳率为滑坡在排水过程中其稳定性系数提高值与相应地下水位降幅值之比；具体推导如下：

地下水位下降H_j后，根据式(10)和式(11)分别求出第i土条自身产生的滑动力G_i′和抗滑力P_i′：

G′_i＝γ(H_ci-H_wi+H_j)X_isinθ_i+γ_sat(H_wi-H_j)X_isinθ_i+Iγ_wX_i(H_wi-H_j) (10)

根据式(12)确定第i土条的下滑力T_i′

T_i′＝G′_i-P′_i (12)

根据式(13)和式(14)分别可分别确定T′_1i和T′_2i，

T′_2i＝T_i′cosα_i (14)

根据式(15)确定由T_i′作用给下侧第i+1土条的剩余下滑力为

T′_ci＝T′_2i-T′_1i (15)

根据式(16)确定第i+1土条的稳定系数F_s′_i

根据公式(17)确定滑坡单位排水自稳率ξ：

步骤五：符合滑坡排水稳定安全的地下水临界降深的确定：

根据公式(18)可确定符合滑坡排水稳定安全的地下水临界降深：

式中：K为滑坡安全系数，取值根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中表格；

步骤六：滑坡排水孔单位长度日排水量的确定：

第一步：排水孔基本布设参数的确定：

根据《公路排水设计规范》(JTG/T D33-2012)和大量实验研究，排水孔直径一般选取200mm，排水孔的有效影响范围为7～9m，为使排水孔的使用效率达到最大，故布设间距一般为7～9m，滑坡体两端第一个排水孔位置距滑坡体边缘D/2，布设倾角一般为6°，顶部排水孔应埋设在临界地下水位处，根据公式(19-20)确定排水孔布设排数N_h和每排排水孔的数量N_v：

式中：H_z为滑坡主滑区的高度；h₁为坡顶高程与临界地下水位高程的差值；L_b为滑坡主滑区的宽度；D为滑坡排水孔布设间距；

第二步：排水孔试验方案的确定：

以上述步骤三确定的滑坡排水孔布设位置作为第一排排水孔的布设位置，沿滑坡高程自下而上布设N_h排，并在每排布设2个试验孔，根据坡面各点高程与临界地下水位高程的差值h_i(i＝2,3,4....)与排水孔布设倾角的关系，确定试验孔的长度为(β为排水孔布设倾角)并对其进行流量监测，统计各排水孔的日排水量，根据公式(21)确定不同高程处排水孔单位长度日排水量：

式中：为第i排排水孔单位长度日排水量；Q_i1为第i排1号排水孔的日排水量；Q_i2为第i排2号排水孔的日排水量；L_i1为第i排1号排水孔的长度；L_i2为第i排2号排水孔的长度；

步骤七：滑坡排水孔设计长度的确定：

滑坡地下水达到临界地下水位所需排水量等于排水孔排水总量，根据公式(22)确定滑坡排水孔设计长度：

式中：L_ip为第i排排水孔设计长度。

2.根据权利要求1所述的滑坡排水孔优化设计参数的测定方法，其特征在于，所述步骤三的第一步中，滑坡坡体变宽度垂直条分方法，具体步骤为：

1)根据下伏基岩整体滑移面倾角ω的变化规律，确定下伏基岩整体滑移面倾角ω的最大值ω_max和最小值ω_min；

2)确定区间滑移面倾角最大变化量Δω；

Δω＝ω_max-ω_min

3)确定边坡条分数N；

式中：ω′为相邻土条滑面倾角差值，根据具体工程中边坡的安全等级、边坡滑移面倾角的变化规律等条件综合界定，1°≤ω′≤2°；

4)作出下伏基岩整体滑移面倾角ω的变化曲线图，以后缘滑移面起始点的倾角ω₁为条分起始点，依次减去ω′在滑移面上确定出滑移倾角为ω₂，ω₃…ω_N+1的点，这些点即为边坡变宽度各土条的端点，过各土条端点作边坡走向的垂线对坡体进行不等宽度垂直条分；

5)边坡整体不等宽垂直条分成N个土条后，记第i土条在滑移面上的中心点切线与水平线的夹角为θ_i，其值为第i土条条分宽度记为X_i。