[發(fā)明專利]一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910735400.X
• 申請(qǐng)日: 2019-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN110442985B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊東旭;游勇;陳曉清;劉建康;熊德清;黃海;孫昊;劉洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所;中國科學(xué)院;水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張鵬

本發(fā)明提供一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，首先根據(jù)勘查資料獲取工程區(qū)常年凍土、季節(jié)性凍土和深部非凍土的原始摩擦系數(shù)和厚度；再根據(jù)前期大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得的折減率公式，結(jié)合設(shè)計(jì)使用年限(即凍融循環(huán)次數(shù))和季節(jié)性凍土厚度，進(jìn)行凍融土層的摩擦系數(shù)折減；再根據(jù)防治工程基底最大設(shè)計(jì)深度與凍土層深度的相對(duì)關(guān)系，分別按三種情況驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性，最后比較抗滑穩(wěn)定性系數(shù)和要求的滑移安全系數(shù)，視其結(jié)果進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)。本發(fā)明解決了由于未考慮凍融循環(huán)影響而帶來的基底摩擦系數(shù)和抗滑移系數(shù)比設(shè)計(jì)值偏低的問題，可加強(qiáng)防治工程設(shè)計(jì)參數(shù)取值的針對(duì)性和準(zhǔn)確性、預(yù)防和減輕攔砂壩在凍脹融沉條件下的變形破壞。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

高寒、高海拔地區(qū)的巖土體在凍融循環(huán)過程中，土結(jié)構(gòu)性受冷生作用的影響，可導(dǎo)致土的工程性質(zhì)發(fā)生變化。在凍土地區(qū)進(jìn)行路基修建、邊坡加固、地質(zhì)災(zāi)害治理等工程活動(dòng)時(shí)，由于新進(jìn)暴露的土受到凍融風(fēng)化作用，在相關(guān)的變形和穩(wěn)定性分析中，選擇土性參數(shù)時(shí)必須考慮土體工程性質(zhì)的變化。

在凍土力學(xué)性質(zhì)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)和研究中，國內(nèi)多數(shù)成果在于描述常年已凍土或已融土的基本物理、力學(xué)性質(zhì)方面，如多年凍土地區(qū)的土體沉降涉及的多個(gè)物理力學(xué)過程：未凍土的蠕變、凍土上限下降所產(chǎn)生的融沉、由于多年凍土層升溫而產(chǎn)生的高溫凍土的蠕變、以及土的工程性質(zhì)改變而導(dǎo)致的附加沉降變形等；國外的研究方向主要致力于建立凍脹和融沉的預(yù)報(bào)模型。而淺表層、季節(jié)性凍土的年際和年內(nèi)凍融循環(huán)對(duì)土工程性質(zhì)的影響則很少提及，除青藏鐵路和哈大高鐵相關(guān)的凍土研究外，迄今尚無其他的系統(tǒng)總結(jié)和研究分析。在凍融循環(huán)的影響研究方面，現(xiàn)有的技術(shù)成果以含水率、壓實(shí)度與凍融循環(huán)次數(shù)為控制變量，開展土體的臨界孔隙比和固結(jié)壓縮試驗(yàn)，總結(jié)出凍融循環(huán)對(duì)土體沉降變形的影響主要與土體的類型、含水率、孔隙比、壓實(shí)度、凍融循環(huán)次數(shù)、土的初始狀態(tài)及試驗(yàn)的應(yīng)力路徑和排水路徑有關(guān)，較少涉及摩擦和剪切性能等其他力學(xué)性質(zhì)，也未見應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害防治方面的相關(guān)技術(shù)成果。

對(duì)于高海拔地區(qū)的泥石流治理工程，攔砂壩、排導(dǎo)槽等防治結(jié)構(gòu)一般設(shè)置于淺表層的凍融巖土體中，工程結(jié)構(gòu)與凍融巖土體之間相互作用的參數(shù)選取也應(yīng)考慮凍融變化的影響?，F(xiàn)有的泥石流設(shè)計(jì)參數(shù)沿用非凍融區(qū)巖土體的常規(guī)物性參數(shù)，未考慮凍融循環(huán)對(duì)巖土體性質(zhì)降低的影響，設(shè)計(jì)參數(shù)存在取值偏高的風(fēng)險(xiǎn)。在極端氣候條件下，可能造成攔砂壩基底摩擦系數(shù)低于設(shè)計(jì)值、抗滑移和抗傾覆能力比設(shè)計(jì)值偏低的問題。

因此，有必要在總結(jié)梳理現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的提出考慮凍融循環(huán)對(duì)泥石流防治工程巖土體物理力學(xué)性質(zhì)影響效應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，旨在解決現(xiàn)有的泥石流防治工程設(shè)計(jì)參數(shù)沿用非凍融區(qū)巖土體的常規(guī)物性參數(shù)、未考慮凍融循環(huán)對(duì)巖土體性質(zhì)降低的影響、存在參數(shù)取值偏高風(fēng)險(xiǎn)的問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，所述泥石流防治參數(shù)以凍融循環(huán)下泥石流防治工程結(jié)構(gòu)與基底巖土體之間的摩擦系數(shù)為突破口，通過開展不同顆粒組成的溝道堆積物受凍融循環(huán)次數(shù)、凍融速率、溫差變幅等變量的影響特征實(shí)驗(yàn)，采用土壓力傳感器、位移傳感器和高速錄像等手段，觀測(cè)堆積體在凍結(jié)和融化過程中的位移和變形；同時(shí)以固定于攔砂壩模型上的拉力計(jì)測(cè)量攔砂壩隨凍融循環(huán)的滑移力變化，分析凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)摩擦力、摩擦系數(shù)的衰減影響及衰減率的變化規(guī)律，從而總結(jié)摩擦系數(shù)的優(yōu)化取值方法；進(jìn)而提出泥石流防治工程的抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算方法。

本發(fā)明可為加強(qiáng)防治參數(shù)取值的針對(duì)性、預(yù)防和減輕攔砂壩在凍脹融沉條件下的變形破壞和提高防治工程運(yùn)行效益提供技術(shù)支持。

進(jìn)一步，一種考慮凍融循環(huán)效應(yīng)的泥石流防治參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：