基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法

905 编辑：中冶有色技术网来源：山西省交通规划勘察设计院有限公司

2023-12-14 16:13:22

权利要求书： 1.一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)确定安装孔孔位；

2)钻孔与取样；利用工程钻机钻孔形成测斜管安装孔；在钻进过程中，钻进深度和岩土分层深度的测量精度不应低于5cm；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度；钻进过程中随时注意地层的破碎、密度、湿度，详细观察和分析滑动面位置；保证岩土试样质量，并妥善密封保存；

3)根据钻进方式对安装孔进行合理处理；

4)安装测斜管；使用游标卡尺测量测斜管内管直径D；装有锥体的测斜管先置入安装孔，首尾顺序连接两根测斜管，将两管端头紧密相接，然后用螺钉将套管和两根测斜管紧密连接；如此往复连接直至测斜管至安装孔底部，测斜管管口高出地面0.5～1m，过高测斜管需截断；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直于测量边坡面，另外一对凸肋平行于测量边坡面；

5)在测斜管与安装孔之间填充不同材质的回填材料，固定测斜管；

6)采用水泥砂浆封闭安装孔；

7)进行边坡深部测量；采用测斜仪由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉j┉L?1、L，孔底编号为1，地面上出露端为L；

第1次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为第2次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为第3次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为第n次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为

8)边坡力学性质确定；对钻孔过程中的岩土进行分层，将力学参数类似的层位视为同一层，确定滑动面以上岩土的分层数i；开展室内试验，确定其地层的弹性模量Ei；

9)数据处理；根据采集到的位移变形量计算出边坡下滑推力，具体计算公式如下：式中：Fn为第n次测量时，边坡下滑推力，单位：kN；Ei为第i层岩土的弹性模量，单位：kPa；L为测斜管在边坡滑动带以上的长度，单位：m；为距离滑动面第L米深度在第n次测斜时的倾斜读数，单位：mm；D为测斜管内管直径，单位：mm。

2.根据权利要求1所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：在边坡最危险断面上剩余下滑力最大区域选择合理的位置钻孔；根据不同边坡下滑特点，安装孔位置在距离滑动面剪出口Ls/3～Ls/2位置范围内，Ls为滑动面剪出口和滑坡后缘拉裂缝在水平面的投影长度。

3.根据权利要求2所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：所述钻进方式的选择如下：当边坡为土质边坡时，钻进方式为干钻；当边坡为岩质边坡或岩土混合质边坡时，钻进方式为湿钻。

4.根据权利要求3所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：当钻进方式为干钻时，对测斜孔不进行任何处理；当钻进方式为湿钻且边坡为岩质边坡时，先用清水对测斜孔进行清洗，再用抽水泵将测斜孔内的水抽干；当钻进方式为湿钻且边坡为岩土混合质边坡时，直接用抽水泵将测斜孔内的水抽干。

5.根据权利要求4所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：根据不同的岩土性质选择回填材料方式，当边坡为土质边坡时，回填材料为砂质材料，不宜使用膨润土，在软土地区严禁使用体积膨胀系数大于1的土；当边坡为岩质边坡时，回填材料为砂、最大粒径小于1cm的碎石、经清洗的湿钻岩芯粉；当边坡为岩土混合质边坡时，回填材料在岩石层选用最大粒径小于1cm的碎石和砂的混合物，土层选用砂质材料。

6.根据权利要求5所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：测斜仪为测量测斜管的变形的电子仪器。

7.根据权利要求6所述的一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，其特征在于：测斜管采用PC或者塑料材质，外直径为60～80mm，厚度为10～20mm，单节长度为

1.5～2.0m；测斜管和测斜管采用套管连接，套管的外直径为80～100mm，套管的厚度为10～

20mm，套管的单节长度为0.2～0.3m；套管内壁有二对相互垂直“十字”形状、深1～3mm的凹型导向滑槽，用于嵌套测斜管的外壁凸肋，保证上下测斜管对齐。

说明书：一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法技术领域[0001] 本发明涉及边坡下滑推力计算方法，具体是一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法。

背景技术[0002] 边坡下滑推力计算是边坡防治技术和方法的关键。在现有技术条件下，边坡下滑推力计算方法主要包括BISHOP法、传递系数法、不平衡推力法等，在假定下滑面位置及其力

学参数已知的基础上，按照其适用条件(如BISHOP法忽略了条间力产生的力矩，并假设土条

竖直侧向力为0)计算潜在滑动面的下滑推力。但是，以上手段往往存在以下缺点：1、实际滑

动面往往未知，因此设计的滑动面是一个虚拟位置，与真实位置差异较大；2、受限于计算方

法的适用问题，下滑滑移面形状只能为圆弧形或坡度不大的折线形，滑动面形状不符合时

其计算结果偏差极大；3、计算所用的滑动面力学参数值大部分为推测值(极少的力学参数

值为真实现场试验测试值)，其数值较真实值之间差别导致计算数值与真实下滑力差异极

大。以上原因导致下滑推力计算不准确，进而导致工程设计与实际差异较大，造成一些工程

浪费。

发明内容[0003] 本发明针对上述现有工程技术存在的困难，提供了一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法。

[0004] 本发明采用测斜管对边坡深部变形进行位移监测，得到边坡深部的连续变形量；对边坡岩土试样开展室内力学试验分析，得到边坡的内部岩土层弹性模量；基于弹性变形

原理得到边坡的应力状态，进而推导出边坡下滑推力与推力形状分布。根据推力计算结果，

采取相应的工程处理措施。

[0005] 为了实现上述目的，采用如下技术方案：[0006] 一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，所述监测装置包括以下部件：测斜管、套管、锥体、顶盖和测斜仪，其中测斜仪为测量测斜管的变形的电子仪器。

[0007] 一种基于深部位移变形监测的边坡下滑推力计算方法，所述方法包括以下步骤：[0008] 1)确定安装孔孔位；在边坡最危险断面上剩余下滑力最大区域选择合理的位置钻孔；根据不同边坡下滑特点，安装孔位置可选择在距离滑动面剪出口Ls/3～Ls/2位置范围

内(Ls为滑动面剪出口和滑坡后缘拉裂缝在水平面的投影长度)；

[0009] 2)钻孔与取样；利用工程钻机钻孔形成测斜管安装孔；在钻进过程中，钻进深度和岩土分层深度的测量精度不应低于5cm；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度等各类性质；钻

进过程中随时注意地层的破碎、密度、湿度等变化情况，详细观察和分析滑动面位置；保证

岩土试样质量，并妥善密封保存；所述钻进方式的选择原则如下：

[0010] a.当边坡为土质边坡时，钻进方式为干钻(冲击钻、锤击钻)；[0011] b.当边坡为岩质边坡或岩土混合质边坡时，钻进方式为湿钻(回旋钻)；[0012] 3)根据钻进方式对安装孔进行合理处理；具体处理原则如下：[0013] a.当钻进方式为干钻时，对测斜孔不进行任何处理；[0014] b.当钻进方式为湿钻且边坡为岩质边坡时，先用清水对测斜孔进行清洗，再用抽水泵将测斜孔内的水抽干；

[0015] c.当钻进方式为湿钻且边坡为岩土混合质边坡时，直接用抽水泵将测斜孔内的水抽干；

[0016] 4)安装测斜管；使用游标卡尺测量测斜管内管直径D；装有锥体的测斜管先置入安装孔，首尾顺序连接两根测斜管，将两管端头紧密相接(无空隙)，然后用螺钉将套管和两根

测斜管紧密连接；如此往复连接直至测斜管至安装孔底部，测斜管管口高出地面0.5～1m，

过高测斜管需截断；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直于测量边坡面，另外一对

凸肋平行于测量边坡面；

[0017] 5)回填；在测斜管与安装孔之间填充不同材质的回填材料，固定测斜管；所述回填材料的选择原则如下：

[0018] a.当边坡为土质边坡时，回填材料为砂质材料，不宜使用膨润土，在软土地区严禁使用体积膨胀系数大于1的土；

[0019] b.当边坡为岩质边坡时，回填材料为砂、最大粒径小于1cm的碎石、经清洗的湿钻岩芯粉的等材料；

[0020] c.当边坡为岩土混合质边坡时，回填材料在岩石层选用最大粒径小于1cm的碎石和砂的混合物，土层选用砂质材料；

[0021] 6)采用水泥砂浆封闭安装孔；[0022] 7)进行边坡深部测量；采用测斜仪等仪器由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉j┉L?1、L(孔底编号为1，地面

上出露端为L)；第1次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为

第2次监测时，得到沿边坡变形由下至上依次为第3次监测时，得

到沿边坡变形由下至上依次为第n次监测时，得到沿边坡变形

由下至上依次为

[0023] 8)边坡力学性质确定；对钻孔过程中的岩土进行分层，将力学参数类似的层位视为同一层，确定滑动面以上岩土的分层数i；开展室内试验，确定其地层的弹性模量Ei；

[0024] 9)数据处理；边坡推力的计算；[0025] 测斜管的第二次的应变，由下至上各点的应分别为：[0026] 第一点应变：[0027] 第二点应变：[0028] 第j点应变：[0029] 第L?1点应变：[0030] 第L点应变：[0031] 测斜管的第n次的应变，由下至上各点的应分别为：[0032] 第一点应变：[0033] 第二点应变：[0034] 第j点应变：[0035] 第L?1点应变：[0036] 第L点应变：[0037] 式中：为距离滑动面第L米深度在第n次测量的应变值，单位：无量纲；为距离滑动面第L米深度在第n次测斜时的倾斜读数，单位：mm；D为测斜管内管直径，单位：mm；

[0038] 第n次测量的边坡下滑推力可按照下式计算：[0039][0040] 式中：Fn为边坡下滑推力，单位：kN；Ei为第i层岩土的弹性模量，单位：kPa；L为测斜管在边坡滑动带以上的长度，单位：m。

[0041] 本发明的优点是：克服了既有技术和设计方法的缺点，工艺和材料原理清晰可行，试验可操作性极强，埋设方便，施工速度快，成本低。提供了一种可以根据变形推导边坡下

滑推力的方法，该方法原理清晰，通过简单的多次边坡深部位移测量，即可以直接计算出土

边坡下滑推力。可提前预测安全状态，为正确判断结构的安全提供准确可靠的依据，及时采

取措施防止安全事故的发生，并根据出现的异常情况，采取相应的处理措施，指导边坡工程

设计、施工和养护。

附图说明[0042] 图1为本发明的监测装置布设剖面图；[0043] 附图标记说明[0044] 1─边坡滑动层2─边坡滑动带3─边坡稳定层4─第1层岩土[0045] 5─第2层岩土6─第i?1层岩土7─第i层岩土8─高程标杆尺[0046] 9─测斜管顶盖10─测斜管11─套管12─测斜管锥体[0047] 13─安装孔14─回填材料15─滑动面剪出口16─后缘拉裂缝[0048] 图2为测斜管变形曲线图。具体实施方式[0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定

本发明。

[0050] 实施例1：[0051] 某岩石边坡长度为86m，在深度20m处存在一层泥岩，为边坡的软弱滑动带2。岩质边坡滑动层1岩石性质可分为两层，第1层岩土4厚度为7m泥质砂岩，第2层岩土5为厚度为

13m的页岩。在设计时采用了本发明的边坡下滑推力技术。

[0052] 监测元件[0053] 测斜管：采用PC材质，外直径为80mm，厚度为10mm，单节长度为2.0m。[0054] 套管：外直径为100mm，厚度为10mm，单节长度为0.3mm，套管内壁有二对相互垂直“十字”形状、深2～3mm的凹型导向滑槽，用于嵌套测斜管的外壁凸肋，进而保证上下测斜管

对齐。

[0055] 仪器设备[0056] 钻进机械：XY?200型钻机。[0057] 抽水泵：离心泵，抽水压力不宜小于1Mpa。[0058] 测斜仪：标称量程±100mm，分辨率：2.0"，线性度：0.02％F.S，重复性：0.003％F.S，工作温度：?20℃～+50℃，承受水压：1.0MP。

[0059] 步骤[0060] 1)在边坡中轴线断面距滑动面剪出口15的30m定测安装孔13；[0061] 2)钻孔与取样；使用XY?200型钻机形成测斜管安装孔13；钻进过程中采用湿钻(回旋钻)，部分破坏区域采用泥浆护壁；详细记录钻孔内岩土的颜色、湿度等各类性质，并采取

岩芯；

[0062] 3)进行清水洗孔，清洗孔壁与淤积物等杂质，然后抽水泵抽干安装孔13保证安装孔干燥；

[0063] 4)使用游标卡尺测量测斜管10内管直径D为70mm；准备好的测斜管10置于安装孔13内，有锥体12的测斜管先置入安装孔13，首尾顺序连接两根测斜管10，将两管端头紧密相

接(无空隙)，然后用螺钉将套管11和两根测斜管10紧密连接；如此往复连接直至测斜管10

至安装孔底部，测斜管顶盖9高出地面0.5m；转动测斜管，直至测斜管外壁的一对凸肋垂直

于测量边坡面，另外一对凸肋平行于测量边坡面；

[0064] 5)在测斜管与安装孔之间回填材料，回填材料14采用砂；[0065] 6)采用水泥砂浆封闭安装孔13；[0066] 7)开展室内试验，确定第1层岩土4泥质砂岩的弹性模量E1为12500kPa，第2层岩土5页岩的弹性模量E2为3300kPa；

[0067] 8)进行边坡深部测量；采用测斜仪等仪器由钻孔底部依次向上读取钻孔位移变形，读数间隔为1m，在测斜孔内由下到上依次编号为1、2、3┉L?1,L(孔底编号为1，地面上出

露端为L)；得到沿边坡滑动方向3次监测变形如图2；

[0068] 9)进行数据处理，得到边坡推力的计算如表1。[0069] 表1边坡下滑推力计算[0070][0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。