[发明专利]一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法，包括以下步骤：计算假定滑动面的圆弧半径；建立平面坐标系；计算边坡的滑动力矩；计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩；计算整体锚固力矩；计算安全系数，评价边坡稳定性。本发明能够对锚杆加固边坡进行分析，既考虑坡体滑动状态下锚杆有效的锚固长度，又考虑进入坡体三角区内锚固体所受地应力非线性分布，得到较为真实准确的锚固力，从而确定加固边坡所需的锚杆数，锚杆的数量由需要提升的锚固力矩决定，当安全系数大于1时则不再需要增添锚杆的数量，此时边坡处于稳定状态。本发明对于锚杆加固边坡的设计计算将会带来很大的便利和准确性。

技术领域

本发明属于岩土锚固工程领域，具体涉及一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法。

背景技术

在工程应用中，锚杆加固不稳定边坡一直是热门话题。天然边坡依靠土颗粒之间的摩擦力和内粘聚力提供抗滑力矩维持边坡稳定，当由于外界条件坡体的抗滑力矩小于滑动力矩，坡体将出现滑动破坏的趋势。

在此基础上，植入锚杆可以通过增加锚固力进而提高抗滑力矩，从而达到加固边坡的效果。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法。

本发明的技术方案是：一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法，包括以下步骤：

i.计算假定滑动面的圆弧半径

已知坡脚θ的大小，根据拟合公式可计算α、β的值，其中，α为原点坡脚连线与坡面夹角，β为原点坡顶连线与水平线夹角，，进而通过正弦定理等三角公式可推断出圆弧半径r长度；

ii.建立平面坐标系

根据滑动破坏面必过坡脚的准则和圆弧半径可找到圆心的位置，以圆心为原点，竖直方向为y轴水平方向为x轴，建立平面直角坐标系；

iii.计算边坡的滑动力矩

将边坡分成若干土条，每个土条的重力与其质心到圆点距离的乘积为该土条的滑动力矩，整个坡体的滑动力矩为各土条滑动力矩之和；

iv.计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩

天然边坡依靠土颗粒之间的摩擦力和粘聚力达到自稳状态，摩擦抗滑力矩由土条重力、土条滑动倾角和土的内摩擦角决定，粘聚力抗滑力矩由土的内粘聚力决定，计算以上由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩；v.计算整体锚固力矩

当边坡由于外界原因无法达到自稳状态时需植入锚杆进行加固处理，每根锚杆的锚固力受到破坏面及地层应力的影响，其与力臂乘积为锚固力矩，累计求和得到整体锚固力矩；

vi.计算安全系数，评价边坡稳定性

计算得到安全系数，若所求安全系数小于1则边坡处于不稳定状态，应重复最后两步，增添锚杆数量，提高抗滑力矩直至安全系数满足要求。

更进一步的，步骤i中α、β以及圆弧半径r的计算公式如下：

α＝1×10^-7×θ⁵-2×10^-5×θ⁴+0.0014θ³-0.037θ²+0.4346+23.238

β＝-4×10^-7×θ⁵+7×10^-5×θ⁴-0.0045θ³+0.1527θ²-2.5729θ+52.077

式中，h为—边坡高度。