边滑坡破坏面锁固体及其安设方法.pdf

本发明公开了一种边滑坡破坏面锁固体，其结构为：纵向开口，侧面有多个进水孔的薄壁金属筒，金属筒内填充有生石灰和膨胀剂的混合物；本发明还公开了一种边滑坡破坏面锁固体的安设方法；本发明的有益技术效果是：从边滑坡的破坏面着手，采用本发明的锁固体及其布设方法，对边滑坡进行治理，显著提高破坏面的抗剪强度参数，进而达到有效治理具有潜在安全隐患的边滑坡的目的。

1、  一种边滑坡破坏面锁固体，其特征在于：纵向开口，侧面有多个进水孔的薄壁金属筒，金属筒内填充有生石灰和膨胀剂的混合物。

2、  根据权利要求1所述的边滑坡破坏面锁固体，其特征在于：锁固体直径为11cm，长度为50—100cm。

3、  根据权利要求1所述的边滑坡破坏面锁固体，其特征在于：进水孔直径不大于1cm，进水孔沿金属筒展开的平面按10cm×10cm间距均匀分布。

4、  根据权利要求1所述的边滑坡破坏面锁固体，其特征在于：生石灰和膨胀剂混合物满足：锁固体的侧向膨胀率不小于30％，锁固体的断面抗剪強度参数粘结力不小于300kPa、内摩擦角不小于35°。

5、  一种边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其特征在于：
1)根据地质勘测结果，确定边滑坡破坏面的位置和治理区域；
2)根据防治工程安全等级，预设边滑坡进行治理后应达到的安全系数，设计锁固体的布设数量和间距；
3)按设计要求在治理区钻孔；
4)在钻孔内埋设锁固体，钻孔内锁固体顶部空置部分采用土体回填。

6、  根据权利要求5所述的边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其特征在于：在滑坡中前部的破坏面设置治理区；在边坡的坡顶、坡脚分别设置两个治理区域，且在坡脚设置的锁固体数量占所需锁固体总数量的2/3。

7、  根据权利要求5所述的边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其特征在于：钻孔深度满足：锁固体长度在破坏面上下各占1/2。

8、  根据权利要求5所述的边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其特征在于：步骤2)中，根据下式确定锁固体数量：
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为仅考虑锁固体粘结力时的锁固体累计断面积(m²)；
为仅考虑锁固体内摩擦角时的锁固体累计断面积(m²)；
A₃为治理边滑坡所需的锁固体累计断面积(m²)；
n为所需锁固体数量(个)；
k为放大系数；根据边滑坡防治工程安全等级取值，一级防治工程取1.35，二级防治工程取1.2，三级防治工程取1.1；
a₀为单个锁固体的断面积(m²)；
所需锁固体的列数为m₁，
m 1 = [ B a ] ]]>
所需锁固体的排数为m₂，
m 2 = [ n m 1 ] ]]>
式中，B为边滑坡安全隐患区沿边滑坡走向方向的长度。
a为两两锁固体的间距，a取不大于1m；
[]为取整符号。

9、  根据权利要求8所述的边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其特征在于：根据下式确定
A 3 c = c 2 - c 1 c 3 - c 1 A ]]>

式中，为仅考虑锁固体粘结力时的锁固体累计断面积(m²)；
为仅考虑锁固体内摩擦角时的锁固体累计断面积(m²)；
A为边滑坡破坏面的总面积(m²)；
c₁为破坏面治理前的粘结力(kPa)；
c₂为破坏面治理后的粘结力(kPa)；
c₃为锁固体的粘结力(kPa)；
为破坏面治理前的内摩擦角(°)；
为破坏面治理后的内摩擦角(°)；
为锁固体的内摩擦角(°)；
根据下式确定

式中，K₀为预设的破坏面治理后边滑坡应达到的安全系数；
A＝∑N_i，B＝∑l_i，C＝∑T_i；N_i和T_i分别为边滑坡体第i条块沿破坏面法线和切线方向的反力(kN/m)，l_i为第i条块破坏面的长度(m)。

边滑坡破坏面锁固体及其安设方法
技术领域
本发明涉及一种岩土边坡灾害防治技术，尤其涉及一种边滑坡破坏面锁固体及其安设方法。
背景技术
山地丘陵占我国国土总面积2/3以上，地形陡峻、地质环境条件复杂，边坡及滑坡(简称“边滑坡”)广泛分布(图1和图2)，存在重大地质安全隐患，如：仅三峡库区便有存在严重安全隐患的滑坡4000多个、重庆境内近10年来公路沿线形成的高边坡累计长度已达300km左右，威胁着500多公里公路交通运输安全。因此，有效防治具有安全隐患的边滑坡，实现人居环境的防灾减灾，具有必要性、紧迫性。
迄今，国内外在边滑坡研究及防治方面取得了重大科技进展，国家标准《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)对高度小于20m的岩土边坡的有效防治提出了成套技术方法，重庆市地方标准《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029-2004)提出了抗滑桩、削方减载、排水、格构等滑坡治理方法，这些方法的共同之处是从工程结构角度实施边滑坡治理，即采用工程结构限制边滑坡的侧向位移，没有针对边滑坡破坏面的有效治理方法。
发明内容
本发明提出了一种边滑坡破坏面锁固体，其结构为：纵向开口，侧面有多个进水孔的薄壁金属筒，金属筒内填充有生石灰和膨胀剂的混合物。
锁固体直径为11cm，长度为50—100cm。
进水孔直径不大于1cm，进水孔沿金属筒展开的平面按10cm×10cm间距匀分布。
生石灰和膨胀剂混合物满足：锁固体的侧向膨胀率不小于30％，锁固体的断面抗剪強度参数粘结力不小于300kPa、内摩擦角不小于35°。
本发明还提出了一种边滑坡破坏面锁固体的安设方法，其步骤如下：
1)根据地质勘测结果，确定边滑坡破坏面的位置和治理区；治理区可按如下方法设置：在滑坡中前部的破坏面设置治理区；在边坡的坡顶、坡脚分别设置两个治理区域，且在坡脚设置的锁固体数量占所需锁固体总数量的2/3；
2)预设边滑坡进行治理后应达到的安全系数，设计锁固体的布设数量和间距；
3)按设计要求在治理区钻孔；钻孔深度满足：锁固体长度在破坏面上下各占1/2。
4)在钻孔内埋设锁固体，钻孔内锁固体顶部空置部分采用土体回填。
步骤2)中，根据下式确定锁固体数量：
n = k A 3 a 0 ]]>

为仅考虑锁固体粘结力时的锁固体累计断面积(m²)；
为仅考虑锁固体内摩擦角时的锁固体累计断面积(m²)；
A₃为治理边滑坡所需的锁固体累计断面积(m²)；
n为所需锁固体数量(个)；
k为放大系数；根据边滑坡防治工程安全等级取值，一级防治工程取1.35，二级防治工程取1.2，三级防治工程取1.1；
a₀为单个锁固体的断面积(m²)；
所需锁固体的列数为m₁，
m 1 = [ B a ] ]]>
所需锁固体的排数为m₂，
m 2 = [ n m 1 ] ]]>
式中，B为边滑坡安全隐患区沿边滑坡走向方向的长度。
a为两两锁固体的间距，a取不大于1m；
[]为取整符号；
根据下式确定
A 3 c = c 2 - c 1 c 3 - c 1 A ]]>

式中，为仅考虑锁固体粘结力时的锁固体累计断面积(m²)；
      为仅考虑锁固体内摩擦角时的锁固体累计断面积(m²)；
      A为边滑坡破坏面的总面积(m²)；
      c₁为破坏面治理前的粘结力(kPa)；
      c₂为破坏面治理后的粘结力(kPa)；
    c₃为锁固体的粘结力(kPa)；
    为破坏面治理前的内摩擦角(°)；
    为破坏面治理后的内摩擦角(°)；
    为锁固体的内摩擦角(°)；
根据下式确定

式中，K₀为预设的破坏面治理后边滑坡应达到的安全系数；
A＝∑N_i，B＝∑l_i，C＝∑T_i；N_i和T_i分别为边滑坡体第i条块沿破坏面法线和切线方向的反力(kN/m)，l_i为第i条块破坏面的长度(m)。
本发明的有益技术效果是：从边滑坡的破坏面着手，采用本发明的锁固体及其布设方法，对边滑坡进行治理，显著提高破坏面的抗剪强度参数，进而达到有效治理具有潜在安全隐患的边滑坡的目的。
附图说明
图1、锁固体结构示意图；
图2、锁固体壁面展开图；
图3、锁固体膨胀前后示意图；
图4、单一治理区边滑坡锁固体安设位置剖面示意图；
图5、图4所示边滑坡锁固体安设位置平面示意图；
图6、坡顶、坡脚双治理区边滑坡锁固体安设位置剖面示意图；
图7、图6所示边滑坡锁固体安设位置平面示意图；
具体实施方式
边坡及滑坡(简称“边滑坡”)是指地表岩土体沿着破坏面发生显著水平及垂直位移的动力地质过程及其地貌形态，破坏面的形成及贯通是诱发边滑坡的关键环节，因此，遏制破坏面的破坏扩展、增强破坏面抗剪强度参数是治理具有潜在地质安全隐患的边滑坡的重要技术途径。
本发明所提出的锁固体，安置在边滑坡破坏面附近，由于锁固体具有膨胀性(参见图3)，安置在钻孔内的锁固体吸水后能与孔壁紧密结合，增强边滑坡滑动面上部岩土体、滑床与锁固体之间的整体刚度，使治理后的破坏面的抗剪强度参数显著提高。
参见图1，本发明的锁固体，其具体结构为：纵向开口，侧面有多个进水孔的薄壁金属筒，金属筒内填充有生石灰和膨胀剂的混合物；锁固体直径为11cm，长度为50—100cm；进水孔直径不大于1cm，进水孔沿金属筒展开的平面按10cm×10cm间距匀分布(参见图2)；生石灰和膨胀剂混合物满足：锁固体的侧向膨胀率不小于30％，锁固体的断面抗剪強度参数粘结力不小于300kPa、内摩擦角不小于35°。由于锁固体具有不小于30％的膨胀率，锁固体吸水后能与孔壁紧密结合，很好的起到了增强边滑坡滑动面上部岩土体、滑床与锁固体之间的整体刚度的作用。
如何设置锁固体也是本发明的一个重要创新，其方法阐述如下：
1)针对一个边滑坡，总共划分n个条块，锁固治理前边坡及滑坡稳定系数计算公式为，

N_i＝(G_i+G_bi)cosθ_i+P_wisin(α_i-θ_i)
T_i＝(G_i+G_bi)sinθ_i+P_wicos(α_i-θ_i)
式中，F_s1为边滑坡锁固治理前的稳定系数；c₁为破坏面治理前的粘结力(kpa)；为破坏面治理前的摩擦角(°)；l_i为第i条块破坏面的长度(m)；θ_i和α_i分别为第i条块破坏面的倾角和地下水位线的倾角(°)；G_i为第i条块单位宽度岩土体自重(kN/m)；G_bi为第i条块顶部建筑荷载(kN/m)；P_wi为第i条块单位宽度动水压力(kN/m)；N_i和T_i分别为第i条块边滑坡体在破坏面法线和切线上的反力(kN/m)。
2)破坏面锁固治理后破坏面的抗剪强度参数由c₁、变化为c₂、则治理后边坡及滑坡稳定系数F_s2计算式为，

式中，c₂为破坏面治理后的粘结力(kpa)；为破坏面治理后的摩擦角(°)；其余变量计算方法与步骤1)相同。
3)预设边滑坡破坏面锁固治理后应该达到的安全系数为K₀，则F_s2应满足：
F_s2≥K₀
即

令A＝∑N_i，B＝∑l_i，C＝∑T_i，则

式中，c₂取为c₁，属于已知值，则

据此可确定
4)求所需的锁固体数量
令锁固体材料的抗剪强度参数粘结力和内摩擦角分别为c₃和A₃为治理边滑坡所需的锁固体累计断面积(仅考虑锁固体粘结力时为仅考虑锁固体内摩擦角时为)，则存在
c 2 A = c 1 ( A - A 3 c ) + c 3 A 3 c ]]>

式中，为仅考虑锁固体粘结力时的锁固体累计断面积(m²)；
      为仅考虑锁固体内摩擦角时的锁固体累计断面积(m²)；
      A为边滑坡破坏面的总面积(m²)；
      c₁为破坏面治理前的粘结力(kPa)；
      c₂为破坏面治理后的粘结力(kPa)；
      c₃为锁固体的粘结力(kPa)；
      为破坏面治理前的内摩擦角(°)；
      为破坏面治理后的内摩擦角(°)；
      为锁固体的内摩擦角(°)；
计算得
A 3 c = c 2 - c 1 c 3 - c 1 A ]]>

取

由于每个锁固体的断面积为a₀，所需锁固体数量n为
n = k A 3 a 0 ]]>
式中，k为放大系数，根据边滑坡防治工程安全等级取值，即一级防治工程取1.35，二级防治工程取1.2，三级防治工程取1.1。
5)锁固体布设
针对所治理的边滑坡锁固治理区，布设n个锁固体。锁固体间距a一般不大于1.0m。若边滑坡安全隐患区沿边滑坡走向方向的长度为B，
则锁固体布设的列数为m₁，即
m 1 = [ B a ] ]]>
需锁固体在隐患区的排数为m₂，即
m 2 = [ n m 1 ] ]]>
式中，[]为取整符号。
所需锁固体数量、锁固体排、列数、间距确定后即可对边滑坡进行锁固治理了。
在边滑坡治理区，按照设计所需的锁固体数量及其布置方法，遵循“钻孔→安置锁固体→粘土回填堵孔”流程安设锁固体，锁固体长度在破坏面上下各占约1/2，放置锁固体后钻孔顶部空置部分采用土体回填。
治理区的设置需根据具体情况区别对待：对于处于破坏状态前的滑坡，在边滑坡中前部的滑动面附近设置锁固治理区(参见图4、图5)，锁固体长度在滑动面上下各占1/2，放置锁固体后钻孔顶部空置部分采用土体回填；对于具有潜在安全隐患的边坡，在坡顶、坡脚分别布置两个治理区(参见图6、图7)，在坡脚设置的锁固体数量占所需锁固体总数量的2/3，锁固体长度在破坏面上下各占约1/2，放置锁固体后钻孔顶部空置部分采用土体回填。