[发明专利]一种考虑冻融循环效应的泥石流防治参数设计优化方法

摘要

本发明提供一种考虑冻融循环效应的泥石流防治参数设计优化方法，首先根据勘查资料获取工程区常年冻土、季节性冻土和深部非冻土的原始摩擦系数和厚度；再根据前期大量实验和数据统计获得的折减率公式，结合设计使用年限(即冻融循环次数)和季节性冻土厚度，进行冻融土层的摩擦系数折减；再根据防治工程基底最大设计深度与冻土层深度的相对关系，分别按三种情况验算结构抗滑稳定性，最后比较抗滑稳定性系数和要求的滑移安全系数，视其结果进行下一步设计。本发明解决了由于未考虑冻融循环影响而带来的基底摩擦系数和抗滑移系数比设计值偏低的问题，可加强防治工程设计参数取值的针对性和准确性、预防和减轻拦砂坝在冻胀融沉条件下的变形破坏。

主权项

1.一种考虑冻融循环效应的泥石流防治参数优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.依据岩土工程勘查资料，确定出泥石流沟所在区域的常年冻土深度h_f、季节性冻土深度h_s、拟布设工程部位的地基各土层的土力学参数和泥石流容重、流速、流量等运动参数，所述土力学参数包括摩擦系数f、容重γ、内摩擦角粘聚力C；步骤2.根据防治工程的设防等级和具体防治目标，确定工程的设计使用年限n、工程结构的基底最大设计深度h_dmax和设计载荷P_d及自重G的参数；步骤3.由实验数据统计公式(1)，计算在冻融循环影响下的摩擦系数衰减率F，计算公式为：F＝12.037ln(n)‑3.7022              (1)式(1)，F为摩擦系数随冻融循环系数变化的衰减率，单位为％，n为冻融循环次数，每年计为1次；步骤4.分别计算经历第n次冻融循环后，季节性冻土段内第i层地基土的摩擦系数f_ni，再按各土层的厚度加权平均，对整段冻融土体的摩擦系数进行折减，从而计算出整段季节性冻土的平均摩擦系数f_n，计算公式为：式(2)中，f_0i为防治工程实施前季节性冻土段内第i层地基土的原始摩擦系数，f_ni为第i层地基土经过n次冻融循环后的摩擦系数，h_i为第i层地基土的厚度，m为季节性冻土层总数，其他参数意义同前；步骤5.比较h_f、h_s和h_dmax，确定防治工程基础穿过的季节性冻土段厚度h，并按如下情况分别验算冻融循环影响下的防治工程的抗滑稳定性：其中，f₁、f₂、f₃分别为根据防治工程基础最大深度与冻土层深度的相对关系，计算出的三种综合摩擦系数取值，其计算方法为：式(3)及(4)中，k_c为防治工程抗滑移稳定性系数；∑N为垂直方向作用力的总和，单位kN；∑P为水平方向作用力的总和，单位kN；f_f、f₀分别为常年冻土层和深部非冻土层与防治结构基础底板之间的摩擦系数；其他参数意义同前；步骤6.比较抗滑稳定性系数k_c和滑移安全系数k，若k_c≥k，则防治工程抗滑稳定性满足要求，设计完成；若k_c＜k，则不满足要求，回到步骤2，调整基底最大设计深度h_dmax、设计荷载P_d及自重G等设计参数，继续按折减率进行设计和验算校核，直至稳定性满足要求。