[发明专利]崩塌滑坡拦挡消能桩阵设计方法

权利要求书

1.崩塌滑坡拦挡消能桩阵的设计方法，其特征在于：崩塌滑坡拦挡消能桩阵(1)布置在崩塌滑坡滚石运动路径坡面上，包括错列排布的消能桩单体(2)，所述消能桩单体(2)的锚固段(21)埋置在地基面下，消能桩单体(2)的自由段(22)出露地基面上，所述消能桩单体(2)是钢管桩；所述崩塌滑坡拦挡消能桩阵(1)的设计参数依如下步骤确定：

步骤S1、前期工作

崩塌滑坡处现场调查，确定滚石运动路径、运动速率、滚石密度ρ、滚石直径范围、滚石撞击点高度范围，根据调查数据依规则匡算滚石最大冲击能量E、选定崩塌滑坡拦挡消能桩阵布置区域；

根据工程情况与施工条件，确定作为消能桩单体(2)的钢管桩及其基本参数，包括外径d₀、内径d₁、钢材弹性模量E_s、最大容许挠度[u]、最大容许倾角[θ]；获取布置区域地基土体基本参数，包括反力系数K、屈服位移u^*；确定混凝土施工参数，包括钢管桩钻孔直径D、水泥砂浆配比、注浆压力；

步骤S2、确定消能桩单体设计参数

步骤S21、确定消能桩单体自由段高度h

消能桩单体的自由段高度h取值滚石撞击点最大高度；

步骤S22、确定消能桩单体最大消能E′

步骤S221、根据材料力学公式计算确定消能桩单体的最大抗弯强度[M]；

步骤S222、建立冲击力P与桩顶位移u₀之间的关系

记消能桩单体位于地基面处为A点、消能桩单体在地基内末端点为B点，记消能桩单体受冲击力使地基土体进入弹塑性状态时塑性区与弹性间分界点所对应的消能桩单体上的点为C点，有AC段为塑性区、CB段为弹性区；

弹性阶段计算：以半无限弹性地基梁计算法确定的AB段内力控制方程，确定消能桩单体地面处A点的位移u_A、转角θ_A计算方程；在位移u_A计算方程中代入条件u_A＝u*，计算得到塑性阶段计算初始值；

塑性阶段计算：以弹性地基梁计算法确定AC段内力控制方程，确定AC段剪力S、弯矩M、转角θ、位移u计算方程；以半无限长弹性基础梁计算法确定BC段内力控制方程，确定BC段剪力S、弯矩M、转角θ、位移u计算方程；以弹性地基梁计算法及消能桩单体C点处变形u_C＝u*，确定C点处控制方程，确定C点剪力P_C、弯矩M_C计算方程；联合整理各计算方程，确定消能桩单体A点的转角θ_A、变形u_A，进而确定消能桩单体桩顶位移u₀，建立冲击力P与桩顶位移u₀之间的关系P＝f(u₀)；

步骤S223、确定消能桩单体最大消能E′

利用消能桩单体消能量＝P·u₀＝∫P(d)u₀、P＝f(u₀)、BC段内力控制方程，以积分方法计算确定消能桩单体在最大抗弯强度[M]时的最大消能E′；

步骤S3、确定拦挡消能桩阵排列参数

在布置区域内错列排布消能桩单体形成拦挡消能桩阵，其中，消能桩单体排数取值不小于每排消能桩单体间距小于滚石最大直径。