一种建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，包括如下步骤：第一步：堆载型边坡分级增载强度及相关坡体参数的确定；第二步：堆载边坡分级增载压力分布区域与增载压力值的确定；第三步：边坡堆载位移监测点布置与分层堆载位移变化值的确定；第四步：边坡坡体堆载位移模量比参数与稳定性判据准则的确定；第五步：边坡坡体极限岩土堆载量mcr的确定；第六步：边坡坡体安全堆载量mk的确定。本方法不仅提供了一套有效的评价边坡稳定性和准确的计算边坡滑移坡体极限堆载量的方法，而且补充了现有该类滑坡的理论计算体系方法。该方法设计原理可靠，具有计算结果精度高、易于实施的特点，且节约成本，工程应用性强，应用范围广。
【专利说明】
一种建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法
技术领域
[0001] 本文涉及人工建筑垃圾堆载型边坡的稳定性评价与滑坡防治领域，具体涉及一种 建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国大量城镇地区在交通、水利、能源、城市基础设施建设规模的不 断扩大，随之而来产生了大量的建筑工程垃圾，其中大量城镇的周边空地区域已经作为建 筑工程垃圾堆载处理场地，由此形成了不同类型的废土、废石渣等人工建筑垃圾堆载型边 坡，并且其堆载型边坡规模逐渐增大，常常带来人工建筑工程垃圾堆载边坡变形滑移破坏 等地质灾害，由此给城市居民带来了巨大的生命财产经济损失与工程安全隐患，并已成为 我国城镇工程建设与建筑工程垃圾堆载处理工程中亟待解决的问题。
[0003] 目前国内外对人工堆载型边坡的稳定性评价方法主要为工程地质分析法、极限平 衡法及位移监测法。工程地质分析法主要是通过工程地质勘察手段，对影响堆载型滑坡稳 定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析，对已变形地质体的 成因及演化史进行分析，从而给出被评价堆载型滑坡稳定性状况及可能发展趋势的定性解 释，其优点是能综合考虑影响滑坡稳定性的多种因素，对滑坡稳定状况及发展趋势快速做 出定性评价，然而工程地质勘察存在投资大、耗时长，且勘察过程中不可避免对滑坡体本身 产生扰动破坏，因此很难准确对边坡稳定性进行评价;极限平衡方法是边坡稳定分析的传 统方法，该方法先假设一个最危险滑动面，通过将滑体视为刚体，分析其沿滑动面的力学平 衡状态，根据下滑力、抗滑力计算滑坡体的稳定性系数Fs来预测滑坡的稳定性。由于稳定性 系数的直观性，被工程广泛应用。然而该类方法对滑坡边界条件及坡体物理力学参数的要 求极为苛刻，且建立力学评价模型为不含时间因素的静态评价模型，评价不了边坡稳定性 随时间的变化规律，尤其对于以建筑垃圾为主的堆载型边坡，其物质构成、粒度大小及结构 复杂，导致难以确定其力学边界条件，又因其堆载土体过程中每次堆载对坡体的扰动作用， 造成了获取力学评价参数的难度及最危险滑移面时常变化而造成堆载有效土体区域难以 确定等问题，这些因素使得此方法在该类边坡稳定性评价中具有很大的局限性;位移监测 法是基于位移观测曲线和蠕变理论的经验统计预测方法，是直接运用位移参数的变化对滑 坡的稳定性进行评价与预测预报。虽然这种滑坡预测预报方法简单易操作，但是所有位移 监测法所监测和评价的参数仅是位移或位移速率及其变化规律，然而对于堆载型边坡稳定 性的评价，由于边坡每层堆载量不同，边坡在每一堆载周期的变形量也将发生变化，特别其 边坡位移量将随其堆载量急剧增加也会造成边坡位移量的急剧增加，但这种位移量的急剧 增加并不意味着边坡即将失稳，所以仅以位移或位移速率的变化量作为预警判据往往会造 成预测误判，因此位移监测法很难对该类堆载型滑坡稳定性做出准确判别与预测。
[0004]为此，鉴于上述传统评价设计方法的局限与不足，本发明旨在寻求一种突破现有 传统理论的新方法，其方法主要根据弹塑性理论和岩土力学基本原理，在不考虑坡体物理 力学参数与具体最危险滑移面位置的条件下，运用位移动力学理论和依据边坡动力荷载与 坡体位移变化规律，以此建立该类边坡稳定性位移动力评价参数与相应评价判据准则，以 达到更加有效的评价该类堆载型边坡稳定性及准确确定其极限堆载量的目的。
【发明内容】
[0005] 针对上述传统评价设计方法的局限与不足，本发明研究和确定了一种建筑垃圾堆 载边坡极限堆载量的测定方法。主要根据弹塑性理论和岩土力学基本原理，首先确定分层 堆载边坡坡角与分层堆载高度和堆载压力分布区域，建立位移监测系统，通过监测堆载边 坡位移值与堆载压力值等数据，确定边坡堆载位移模量比ζ，以此参数作为堆载型边坡稳定 性评价参数，并运用数理统计理论与方法，建立以均方差σ为基础的边坡堆载位移模量比的 稳定性异常判据，由此确定人工堆载边坡坡体的极限堆载量，并依据边坡安全系数等级，确 定边坡滑移坡体的安全堆载量，以达到对人工堆载型边坡稳定性进行科学有效的监测与评 价以及对边坡堆载量进行科学的设计与有效的控制，确保该类人工堆载边坡的安全与稳 定。
[0006] 本发明的步骤如下：
[0007] 第一步:堆载型边坡分级增载强度及相关坡体参数的确定；
[0008] 第二步:堆载边坡分级增载压力分布区域与增载压力值的确定；
[0009] 第三步:边坡堆载位移监测点布置与分层堆载位移变化值的确定；
[0010] 第四步:边坡坡体堆载位移模量比参数与稳定性判据准则的确定；
[0011] 第五步:边坡坡体极限岩土堆载量niCT的确定；
[0012] 第六步:边坡坡体安全堆载量mk的确定。
[0013]更进一步地，每一步的具体操作为：
[0014] 第一步:堆载型边坡分级增载强度及相关坡体参数的确定
[0015] 根据建筑垃圾堆载边坡坡体分层堆载条件，将边坡每层增加的堆载量作为堆载边 坡的分层增载依据，对堆载边坡进行分级加载，并运用全站仪、水准仪、经炜仪等测量仪器 确定每层堆载过程时边坡坡角与堆载高度进而确定边坡坡度，将边坡分层堆载高度lu乘以 每层坡体的土体重度γ i作为边坡分级加载强度参数。
[0016] 第二步:堆载边坡分级增载压力分布区域与增载压力值的确定
[0017] 1)边坡危险滑移面区域的确定
[0018] 运用Fellenius法确定每层土堆载后边坡的危险滑移面区域，即根据步骤一中确 定的边坡滑移面圆心相关参数(堆载高度、坡角、边坡坡度l:m)，依据原理1中的表1数据，可 确定边坡滑移面圆心相关角度扮、&，进而确定滑移面圆心的大致位置，以圆心0到坡脚的距 离0B作为滑移面的半径，确定滑移面区域，见图2。
[0019] 2)边坡堆载压力分布区域与增载压力值的确定
[0020] 根据力学分析及滑坡形成特点，滑坡可分为滑移区与相对稳定区，而边坡上部堆 载物对坡体滑移产生直接作用的堆载范围为滑移区，即应为η-I层坡体坡顶平面与η层土体 堆载后形成的滑移面相交线L至坡面位置以上的区域，即为第η层土体堆载的压力分布区 域。该区域内堆载土体的有效增载压力值为AWi(见图3)，即边坡每层有效增载压力值AWi 可由式（1)计算而得。
[0021] Δ ffi= γ di · Δ Vi (1)
[0022] 式中：
[0023] Δ Wi-第i层边坡上部有效增载压力值；
[0024] Λ Vi-第i层堆载物的有效体积；
[0025] ydi-第i层堆载物的有效重度；
[0026]每层有效堆载土体的体积AVi的计算，可由第i层堆载土体上层面与滑移面的交 点向下作本层土体坡面的平行线，以本层堆载土体的坡面、坡面平行线及上下层线所组成 的平行四边形的面积作为每层有效堆载土体的横截面面积A Si，进而可求出该类边坡单位 宽度有效堆载体积A Vi。
[0027]第三步:边坡堆载位移监测点布置与分层堆载位移变化值的确定
[0028] 1)易布设监测点的坡体监测方案
[0029]①堆载压力分布区位移监测点布置方案的确定
[0030] 位移监测点由位移监测基准点和滑坡位移变形监测点组成:位移监测基准点Kx(x 多3)布置选在监测滑坡坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网；滑坡位移变形 监测点首先沿堆载边坡坡面方向布置，宜从建筑垃圾堆载边坡坡脚开始沿坡面向上方向按 坡长的e(e多2,技术人员可根据实际情况对具体数值作出选择)等分点进行等间距布置监 测点；在堆载边坡坡面稳定后，在坡顶方向宜从坡面与坡顶的交界处沿坡顶面的延长方向 至步骤二确定的堆载压力分布区域边界范围内，依次按坡顶长度的f(f多2,技术人员可根 据实际情况对具体数值作出选择)等分点进行等间距布置监测点。每进行一层建筑垃圾堆 载后按照上述布置方案重新进行位移监测点的布置，见图4。
[0031] ②分层堆载平均位移变化值的确定
[0032] 以每一个堆载周期为一个监测周期，对每层土体堆载后的边坡位移进行监测，并 确定每层土体堆载后的坡体位移平均合成值：即对每一个监测点的竖向与水平位移值进行 合成求解其合位移值，然后对每个监测点的合位移值累加求其平均值;将第i 土体堆载周期 后的坡体位移平均合成值Sl减去第i-Ι 土体堆载周期后的坡体位移平均合成值Sh确定为 其分层堆载平均位移变化值_，BP :
[0033] 織；8'「8以 (2)
[0034] 式中：
[0035] △瓦一分层堆载平均位移变化值；
[0036] Si-第i 土体堆载周期后的坡体位移平均合成值；
[0037] Sh-第i-Ι 土体堆载周期后的坡体位移平均合成值。
[0038] 2)不易布置监测点的坡体监测方案
[0039] 对于位移监测点不易布设的坡体，或边坡进入临滑状态不适合进入布设监测点 时，为对边坡位移进行监测，本发明监测方案特提出运用三维激光扫描仪(Z+F 5010X)进行 三维监测，以每层堆载开始到下层堆载开始的时间段作为一个堆载周期，在每一堆载周期 开始与结束时均对边坡进行三维全景扫描，将其数据输入计算机内，并计算和确定该类边 坡分层堆载的平均位移变化值Δξ p
[0040] 第四步:边坡坡体堆载位移模量比参数与稳定性判据准则的确定
[0041 ] 1)边坡堆载位移模量比参数的确定
[0042]定义第1堆载周期后的坡体堆载模量值可由式(3)求解确定，同理，第i堆载周期后 的坡体堆载模量值可由式(4)求解确定。
[0045]定义边坡堆载位移模量比参数(1为第i堆载周期后的坡体堆载模量值与第1堆载 周期后的坡体堆载模量值之比，其值可由式(5)计算确定：
[0047]式中：
[0048] ζ:-第i层边坡堆载位移模量比；
[0049] & 一第1堆载周期后的坡体堆载模量；
[0050] Ei-第i堆载周期后的坡体堆载模量；
[00511 AWi-第i层滑移体上方有效增载压力值；
[0052] AWi-第1层堆载土体的有效压力值；
[0053] Δξ-第i层堆载边坡各监测点位移变化平均值ΔΙ；;
[0054] Δ5；-第1层堆载土体的位移平均值。
[0055] 2)坡体稳定性评价判据准则的确定
[0056] 根据弹塑性力学基本原理，堆载边坡稳定性可运用边坡堆载位移模量比大小来评 价，而且该堆载位移模量比大小只取决于边坡稳定性，而与坡体堆载量及降雨等环境因素 无关，即当ζ = 1时，表明堆载边坡处于稳定状态；当ζ < 1时，则表明堆载边坡的稳定性处于 降低状态;当ζ-O时，表明堆载边坡即将整体失稳。
[0057]根据边坡堆载位移模量比与边坡稳定性的关系，本发明依据数理统计原理，运用 边坡堆载位移模量比参数ζ:的均值G及其均方差异常判据作为坡体稳定性评价判据，其中， 边坡堆载位移模量比参数ζ:的均值€代表边坡的整体稳定性评价参数，该参数ζ 1均方差 代表边坡偏离稳定性评价参数。具体为先实时统计平均值&，之后可通过式(6)求 解其相应的均方差〇 i:
[0059]式中：
[0060] 〇1 -堆载位移模量比参数方差；
[0061] ζ,-第i层的堆载位移模量比参数；
[0062] ~< 堆载位移模量比参数的平均值。
[0063] 根据边坡工程的具体地质条件和重要等级，选择=减一倍或二倍均方差作为边坡 堆载位移模量比稳定性异常判据，即：6 A或C ^ -2σ,.?
[0064]第五步:边坡坡体极限岩土堆载量iiict的确定
[0065] 1)当边坡坡体堆载位移模量比达到堆载位移模量比异常判据即= -巧或 2σ,.时，边坡将进入整体变形滑移破坏高风险阶段，则此时第i堆载周期的最大有效 增载压力值△ WmX可由式(7)确定；
[0067]式中：
[0068] AWmax-最后一层最大有效增载压力值；
[0069] ζ:-第i层的堆载位移模量比参数；
[0070] 〇1 -堆载位移模量比参数(,均方差；
[0071] AWi-第1层堆载土体的有效压力值；
[0072] -第i层堆载边坡各监测点位移变化平均值;
[0073] Δξ-第1层堆载土体的位移平均值。
[0074] 则本层的最大有效堆载高度hmax可由式(8)计算确定。
[0076]式中：
[0077] hmax-最后一层最大有效堆载高度；
[0078] AWmax-最后一层最大有效增载压力值；
[0079] hi-第i层堆载土体高度；
[0080] A Wi-第i层滑移体上方有效增载压力值。
[0081] 2)根据堆载边坡坡面及后缘边界形状特点与每层堆载边坡的高度lu(最后一层采 用最大有效堆载高度hmax)，具体见图3,可确定每层堆载土体的总体积￥1，并运用公式(9)、 (1 〇)可求得各层土体堆载量nu。
[0082]前η-I层土体堆载量：
[0083] mi= ( y i · Vi)/g (9)
[0084]最后一层土体最大堆载量：
[0085] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0086] 式中：
[0087] nu-第i层土体堆载量；
[0088] Hlmax -最后一层土体最大堆载量；
[0089] yi-第i层堆载土体重度；
[0090] Vi-第i层堆载土体的总体积；
[0091] Vmax-最后一层堆载土体的总体积；
[0092] g -重力加速度。
[0093]将最后一层极限堆载量与边坡前η-I层堆载量相累加，即可通过式（11)确定边坡 坡体极限岩土堆载量mcr;
[0095]式中：
[0096] mcr-堆载边坡的极限岩土堆载量；
[0097] Hlmax-最后一层最大堆载量；
[0098] nii-第i层土体堆载量。
[0099] 第六步:边坡坡体安全堆载量mk的确定
[0100] 根据边坡的规模与重要性，确定边坡的重要等级与安全系数k，其中该滑坡的安全 系数根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013或《水电水利工程边坡设计规范》DL/T 5353-2006等规范规程综合分析确定。将堆载边坡的极限岩土堆载量除以边坡的安全系数k 可确定该类堆载边坡的安全堆载量为：
[0102]式中：
[0103] mk-堆载边坡安全堆载量；
[0104] iiict-堆载边坡的极限岩土堆载量。
[0105]本发明的原理与依据如下：
[0106] 1)根据Fellenius法，假定其边坡滑动面形状为圆弧，对均质粘性土坡：当p>〇时， 其最危险滑动面通过坡脚；当W = 〇时，其最危险滑动面也可能通过坡脚。根据Fellenius通 过大量的计算结果发现，当供=〇的简单土坡的最危险滑移面为通过坡脚的圆弧，其圆心位 于图2中A0与B0两线的交点。图2(a)中扮、&坡角或坡度的关系见表1。
[0107] 表1 的确定
[0110] 对炉>〇的土坡，最危险滑弧圆心位置如图2(b)所示，最危险滑动面圆弧圆心位置 即在0E连线的延长线上，E点位置如图所示。即可确定边坡危险滑移面的区域。
[0111] 2)通过力学分析以及滑坡滑移面形成特点，可将滑坡滑移体称为边坡滑移区，其 他稳定坡体称为边坡相对稳定区。根据边坡力学可知，边坡滑移区的承载能力远小于边坡 相对稳定区，正是因为滑移区作为边坡承载力的薄弱区域，当坡顶进行堆载时，首先达到极 限承载力而造成坡体破坏的区域必然位于滑移区，而当滑移区破坏，滑移区上部堆载体将 随滑移体滑出，对整个坡体而言将形成卸载效应，因此可认为边坡上部堆载土体对坡体滑 移破坏产生直接作用的堆载范围为滑移区即滑移体顶部区域范围内，即应为n-1层坡体坡 顶平面与η层土体堆载后形成的滑移面相交线L至坡面位置以上区域的η层堆载土体的有效 增载压力值△ Wi，见图3，有效增载压力值△ Wi可由式(1)计算而得。
[0112] Δ ffi= γ a · Δ Vi (1)
[0113] 式中：
[0114] AWi -边坡上部有效增载压力值；
[0115] yd-堆载物的有效重度；
[0116] Δ Vi -堆载物的有效体积。
[0117]根据弹塑性理论和岩土力学基本原理，在三轴应力条件下，一般岩土体材料的应 力应变关系及其破坏规律可分为三个阶段，第一阶段为压缩变形阶段，虽然其应力P与应变 S呈非线性关系，但在该阶段加载和卸载对材料的结构和性质并不产生不可逆的变化。第二 阶段为弹性变形阶段或近弹性变形阶段，在此阶段内，应力P与应变S成线性关系，其加载卸 载后变形能完全恢复，即变形可逆，此阶段内应力变化A Pi与应变变化Δ5；的比值λ为定值。 第三阶段为塑性变形阶段，应力Ρ与应变S成非线性关系，此时的应力变化△ Pi与应变变化 Δξ与的比值λ已不再是一个定值，而且随着应力ΔΡι的增大和材料塑性损伤的不断发展，其 相应应变响应的变化量Αξ也呈现非线性增大，因此其应力变化A Pi与应变变化的比值 λ将出现非线性减小；当材料达到峰值强度后，即在材料完全破坏时，其应力变化Δ ?,与应 变变化Δ矣的比值将趋近于0。上述岩土材料的基本变形与破坏规律表明，在非线性系统失 稳前可以通过材料的应力变化A Ρ,与应变变化Δ5；的比值作为非线性系统稳定性状态与趋 近失稳的定量表征。
[0118]因此，第1堆载周期后土体的模量可由式（3)求解确定，同理，第i堆载周期后土体 的模量可由式(4)求解确定。
[0121]定义边坡堆载位移模量比参数(1为第i堆载周期后土体的模量与第1堆载周期后 的模量之比，其值可由式(5)计算求得。
[0123] 通过绘制边坡堆载位移模量比参数ζ,随堆载时间关系曲线，可知在边坡坡体压缩 变形阶段，ζ^Ι;当坡体出现塑性变形时，ζ<1;当坡体出现滑移破坏时，ζ:将出现突变，即 趋于零。
[0124] 本发明依据数理统计原理，运用边坡堆载位移模量比参数方差异常判据，即 先实时统计平均值f，之后求解其均方差为，根据边坡工程的具体地质条件和重 要等级，以忍减一倍或二倍均方差作为边坡堆载位移模量比异常判据。即或 G Sf -2%，则此时第i堆载周期的最大有效增载压力值Δ Wmax可由式(7)确定；
[0126]式中：
[0127] AWmax-最后一层最大有效增载压力值；
[0128] ζ,-第i层的堆载位移模量比参数；
[0129] 〇1 -堆载位移模量比参数(,均方差；
[0130] AWi-第1层堆载土体的有效压力值；
[0131 ] Δξ-第i层堆载边坡各监测点位移变化平均值Δξ :;
[0132] @ 一第1层堆载土体的位移平均值。
[0133] 则本层的最大有效堆载高度hmax可由式(8)计算确定。
[0135] 式中：
[0136] hmax-最后一层最大有效堆载高度；
[0137] AWmax-最后一层最大有效增载压力值；
[0138] hi-第i层堆载土体高度；
[0139] AWi-第i层滑移体上方有效增载压力值。
[0140] 2)根据堆载边坡后缘面形状特点与每层堆载边坡的高度lu(最后一层采用最大有 效堆载高度hmax)，可确定每层堆载土体的总体积1，并运用公式(9)、（10)可求得各层土体 堆载量ΠΗ。
[0141]前η-I层土体堆载量：
[0142] mi= ( y i · Vi)/g (9)
[0143] 最后一层土体最大堆载量：
[0144] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0145] 式中：
[0146] mi-第i层土体堆载量；
[0147] mmax-最后一层土体最大堆载量；
[0148] Yi-第i层堆载土体重度；
[0149] Vi-第i层堆载土体的总体积；
[0150] Vmax-最后一层堆载土体的总体积；
[0151] g -重力加速度。
[0152] 将最后一层极限堆载量与边坡前η-I层堆载量相累加，即可通过式（11)确定边坡 坡体极限岩土堆载量mcr;
[0154]式中：
[0?55] mcr-堆载边坡的极限岩土堆载量；
[0156] Hlmax-最后一层最大堆载量；
[0157] mi 一第i层土体堆载量。
[0158] 本发明所阐述的方法，相比传统评价方法，采用弹塑性理论和岩土力学基本原理 计算的方法进行边坡安全性评价及确定边坡滑移坡体极限堆载量，不仅提供了一套有效的 评价边坡稳定性和准确的计算边坡滑移坡体极限堆载量的方法，而且补充了现有该类滑坡 的理论计算体系方法。该方法设计原理可靠，具有计算结果精度高、易于实施的特点，且节 约成本，工程应用性强，应用范围广。
【附图说明】
[0159] 图1本发明流程示意图；
[0160] 图2边坡滑移面区域示意图；
[0161 ]图3边坡滑移面有效堆载土体区域示意图；
[0162] 图4边坡位移监测布置图；
[0163] 图5实施例中边坡滑移面有效堆载土体区域示意图；
[0164] 图6实施例中边坡位移监测布置图。
【具体实施方式】
[0165] 为更好地说明本发明，本发明结合某堆载滑坡加以详细论述其可能性，以证明其 实际意义与价值。
[0166] 第一步:堆载型边坡分级增载强度及相关坡体参数的确定
[0167] 运用全站仪、水准仪、经炜仪等测量仪器确定每层堆载过程时边坡坡角角度〇1与 堆载高度h，运用室内土工试验综合测定每层边坡坡体的土体重度γ i，具体数据见表2。
[0168] 表2各层堆载边坡坡角与高度参数表
[0169]
[0170]第二步:堆载边坡分级增载压力分布区域与增载压力值的确定；
[0171] 1)边坡危险滑移面区域的确定
[0172] 运用Fellenius法确定每层堆载后边坡的危险滑移面区域，即根据步骤一中所确 定的与边坡滑移面圆心有关的参数(堆载高度、坡角、边坡坡度l:m)确定各层堆载边坡的圆 心〇1、〇2、〇3、〇4、〇5、〇6、〇7，进而确定滑移面的大致区域，如图5所示。
[0173] 2)边坡堆载压力分布区域与增载压力值的确定
[0174] 可由式(1)计算每层有效增载压力值△ Wi，具体数据见表3。
[0175] Δ ffi= γ di · A Vi (1)
[0176] 第三步:边坡堆载位移监测点布置与分层堆载位移变化值的确定
[0177] 1)坡体位移监测布置方案
[0178] 位移监测点由位移监测基准点和滑坡位移变形监测点组成。位移监测基准点Kx(x 多3)布置选在监测滑坡坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网；滑坡位移变形 监测点布置方案，在坡面方向，宜从建筑垃圾堆载边坡坡脚开始沿坡面向上方向按坡长的3 等分点等间距布置监测点，在坡顶方向，宜从坡面与坡顶的交界处沿坡顶面的延长方向至 步骤二确定的堆载压力分布区域边界范围内，依次按坡顶长度的4等分点等间距布置监测 点。每进行一层建筑垃圾堆载就按照上述布置方案重新进行位移监测点的布置，最后一层 堆载土体后的监测点的布置，见图6。
[0179] 2)分层堆载平均位移变化值的确定
[0180] 对每层土体堆载后的边坡进行监测，并计算其平均位移变化值Δ^；。并将上述采集 处理的数据记录EXCEL表格内，见表3。
[0181] ASj - - Sj^ (62.)
[0182] 表3坡体位移与堆载压力监测数据值
[0184] 第四步:边坡坡体堆载位移模量比参数与稳定性判据准则的确定
[0185] 1)边坡堆载位移模量比参数的确定
[0186] 第1堆载周期后土体的模量可由式(3)求解确定，同理，第i堆载周期后土体的模量 可由式(4)求解确定。
[0189]定义边坡堆载位移模量比参数(1为第i堆载周期后土体的模量与第一堆载周期后 的模量之比，其值可由式(5)计算求得。具体数据见表3。
[0191 ] 2)坡体稳定性评价判据的确定
[0192]本发明依据数理统计原理，运用边坡堆载位移模量比参数均方差异常判据作为 坡体稳定性评价判据，具体为先实时统计平均值之后可通过式(6)求解其相应 的均方差〇i，具体参数见表4。
[0194] 表4实时统计ζχ-ζ?相应的均方差〇i
[0197] 根据本堆载边坡工程的重要等级，以G减二倍均方差作为边坡堆载位移模量比异 常判据。即：^ G - 2巧，由上表数据计算可知：
[0198] = 0.83 <ζ.-2σ = 0.9:8-0.06x2 = 0.86^.ζι~ζ6^ζ?-2σ
[0199] 则堆载边坡在第7堆载周期进入滑移高风险期。
[0200]第五步:边坡坡体极限岩土堆载量niCT的确定；
[0201] 1)根据步骤四可知，在进行第7堆载周期时边坡进入了高风险时刻，所以本层的最 女有效增裁压力倌可按式（7)确奋；
[0205]则本层的最大有效堆载高度hmax可由式(8)计算确定。
[0208] 2)根据堆载边坡后缘边界形状特点与每层堆载边坡的高度lu(最后一层采用最大 有效堆载高度hmax)，可确定每层堆载土体的总体积1，并运用公式(9)、（10)可求得各层土 体堆载量nu，具体数据见表5。
[0209]前n-1层土体堆载量：
[0210] mi=(yi.Vi)/g (9)
[0211] 最后一层土体最大堆载量：
[0212] mmax=( γ i · Vmax)/g (10)
[0213] 表5堆载边坡各层土体的堆载量
[0215]将最后一层极限堆载量与边坡前n-1层堆载量相累加，即可通过式（11)确定边坡 坡体极限岩土堆载量mcr;
[0217] mCr = 2230.2+1685.6+1932+2148+1716+2032.8+2150
[0218] mCr= 13894.6t
[0219] 第六步:边坡坡体安全堆载量mk的确定
[0220] 根据边坡的规模与重要性，确定边坡的重要等级与安全系数k，其中该滑坡的安全 系数可根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013规范规程综合分析确定。将堆载边坡的 极限岩土堆载量除以边坡的安全系数k可确定该类堆载边坡的安全堆载量为：
[0223]本发明所阐述的方法，相比传统定性评价方法，采用弹塑性理论和岩土力学基本 原理理论计算的方法进行边坡安全性评价及确定边坡滑移坡体极限，不仅提供了一套有效 的评价边坡稳定性和准确的计算边坡滑移坡体最大堆载量方法，而且补充了现有缺乏评价 该类滑坡的理论计算体系方法。该方法设计原理可靠，具有结果确定精度高、易于实施的特 点，且节约成本，工程应用性强，应用范围广。
【主权项】
1. 一种建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，步骤如下： 第一步:堆载型边坡分级增载强度及相关坡体参数的确定； 第二步:堆载边坡分级增载压力分布区域与增载压力值的确定； 第Ξ步:边坡堆载位移监测点布置与分层堆载位移变化值的确定； 第四步:边坡坡体堆载位移模量比参数与稳定性判据准则的确定； 第五步:边坡坡体极限岩±堆载量mtr的确定； 第六步:边坡坡体安全堆载量mk的确定。2. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第一 步的具体操作为:根据建筑垃圾堆载边坡坡体分层堆载条件，将边坡每层增加的堆载量作 为堆载边坡的分层增载依据，对堆载边坡进行分级加载，确定每层堆载过程时边坡坡角与 堆载高度进而确定边坡坡度，将边坡分层堆载高度hi乘W每层坡体的±体重度γ 1作为边坡 分级加载强度参数。3. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第二 步的具体操作为： 1) 边坡危险滑移面区域的确定 运用化llenius法确定每层±堆载后边坡的危险滑移面区域； 2) 边坡堆载压力分布区域与增载压力值的确定 根据力学分析及滑坡形成特点，滑坡可分为滑移区与相对稳定区，而边坡上部堆载物 对坡体滑移产生直接作用的堆载范围为滑移区，即应为n-1层坡体坡顶平面与11层±体堆载 后形成的滑移面相交线L至坡面位置W上的区域，即为第11层±体堆载的压力分布区域;该 区域内堆载±体的有效增载压力值为A Wi，即边坡每层有效增载压力值Δ Wi由式(1)计算而 得： AWi= Ydi · Δ Vi (1) 式中： A Wi-第i层边坡上部有效增载压力值； A Vi-第i层堆载物的有效体积； 丫 di-第i层堆载物的有效重度。4. 根据权利要求3所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，每层 有效堆载±体的体积AVi的计算方法为：由第i层堆载±体上层面与滑移面的交点向下作 本层±体坡面的平行线，W本层堆载±体的坡面、坡面平行线及上下层线所组成的平行四 边形的面积作为每层有效堆载±体的横截面面积ASi，进而求出该类边坡单位宽度有效堆 载体积Δ Vi。5. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第Ξ 步的具体操作为： ①堆载压力分布区位移监测点布置方案的确定 位移监测点由位移监测基准点和滑坡位移变形监测点组成：位移监测基准点Κχ至少3 个，布置选在监测滑坡坡体W外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网;滑坡位移变形监 测点首先沿堆载边坡坡面方向布置，宜从建筑垃圾堆载边坡坡脚开始沿坡面向上方向按坡 长的e等分点进行等间距布置监测点;在堆载边坡坡面稳定后，在坡顶方向宜从坡面与坡顶 的交界处沿坡顶面的延长方向至步骤二确定的堆载压力分布区域边界范围内，依次按坡顶 长度的f等分点进行等间距布置监测点；每进行一层建筑垃圾堆载后按照上述布置方案重 新进行位移监测点的布置;所述e > 2、f > 2; ②分层堆载平均位移变化值的确定 W每一个堆载周期为一个监测周期，对每层±体堆载后的边坡位移进行监测，并确定 每层±体堆载后的坡体位移平均合成值:即对每一个监测点的竖向与水平位移值进行合成 求解其合位移值，然后对每个监测点的合位移值累加求其平均值;将第1±体堆载周期后的 坡体位移平均合成值Si减去第1-1±体堆载周期后的坡体位移平均合成值Si-i确定为其分 层堆载平均位移变化值Δ&，即： 毎二 Si-Si_、 (2) 式中： 么马一分层堆载平均位移变化值； &-第1±体堆载周期后的坡体位移平均合成值； Si-i-第i-l±体堆载周期后的坡体位移平均合成值。6. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第Ξ 步的具体操作为:对于位移监测点不易布设的坡体，或边坡进入临滑状态不适合进入布设 监测点时，运用Ξ维激光扫描仪进行Ξ维监测，W每层堆载开始到下层堆载开始的时间段 作为一个堆载周期，在每一堆载周期开始与结束时均对边坡进行Ξ维全景扫描，将其数据 输入计算机内，并计算和确定该类边坡分层堆载的平均位移变化值Δ?；.。7. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第四 步的具体操作为： 1)边坡堆载位移模量比参数的确定 定义第1堆载周期后的坡体堆载模量值由式(3)求解确定，同理，第i堆载周期后的坡体 堆载模量值由式(4)求解确定；定义边坡堆载位移模量比参数ζι为第i堆载周期后的坡体堆载模量值与第1堆载周期后 的坡体堆载模量值之比，其值由式(5)计算确定：式中： ζι-第i层边坡堆载位移模量比； El-第1堆载周期后的坡体堆载模量； El-第i堆载周期后的坡体堆载模量； A Wi-第i层滑移体上方有效增载压力值； A Wi-第1层堆载±体的有效压力值； -第i层堆载边坡各监测点位移变化平均值Δ& ; Δ^ι -第1层堆载±体的位移平均值； 2)坡体稳定性评价判据准则的确定 根据边坡工程的具体地质条件和重要等级，选择賓减一倍或二倍均方差作为边坡堆载 位移模量比稳定性异常判据，即：（ < 妄-巧或矣 < 否-2巧；(6) 式中： 〇1-堆载位移模量比参数ζι均方差； ζι-第i层的堆载位移模量比参数； 兵一（,~禹堆载位移模量比参数的平均值。8.根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第五 步的具体操作为： 1) 当边坡坡体堆载位移模量比达到堆载位移模量比异常判据即：含宗-巧或 (,.<云-2σ,.时，边坡将进入整体变形滑移破坏高风险阶段，则此时第i堆载周期的最大有效 增载压力值A Wmax由式(7)确定；(7) 式中： Δ Wmax-最后一层最大有效增载压力值； ζι-第i层的堆载位移模量比参数； 〇1 -堆载位移模量比参数ζι均方差； A Wi-第1层堆载±体的有效压力值； -第i层堆载边坡各监测点位移变化平均值Δξ ; Α?ι-第1层堆载±体的位移平均值； 则本层的最大堆载高度hmax由式(8)计算确定：") 式中： hmax-最后一层最大有效堆载高度； Δ Wmax-最后一层最大有效增载压力值； hi-第i层堆载上体高度； A Wi-第i层滑移体上方有效增载压力值； 2) 根据堆载边坡坡面及后缘边界形状特点与每层堆载边坡的高度hi确定每层堆载±体 的总体积Vi，并运用公式(9)、（10)求得各层±体堆载量ΠΗ: 前11-1层±体堆载量： mi=( 丫i?Vi)/g (9) 最后一层±体最大堆载量： mmax= ( γ i · Vmax)/g (10) 式中： mi-第1层±体堆载量； mmax-最后一层±体最大堆载量； 丫 1-第i层堆载上体重度； Vi -第i层堆载上体的总体积； Vmax-最后一层堆载±体的总体积； g-重力加速度。 将最后一层极限堆载量与边坡前n-1层堆载量相累加，通过式（11)确定边坡坡体极限 岩±堆载量mcr; (11) 式中：mcr-堆载边坡的极限岩±堆载量； mmax-最后一层最大堆载量； mi-第1层±体堆载量。9. 根据权利要求1所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，第六 步的具体操作为:根据边坡的规模与重要性，确定边坡的重要等级与安全系数k，将堆载边 坡的极限岩±堆载量除W边坡的安全系数k确定该类堆载边坡的安全堆载量为：(12) 式中： mk-堆载边坡安全堆载量； mcr-堆载边坡的极限岩±堆载量。10. 根据权利要求9所述的建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法，其特征在于，所 述滑坡的安全系数k根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013或《水电水利工程边坡设 计规范》DL/T 5353-2006规范规程综合分析确定。
【文档编号】G06F17/50GK106096169SQ201610452581
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】贺可强, 贾佰渠
【申请人】青岛理工大学