本發(fā)明涉及多層邊坡錨桿支護長度設計方法，屬于邊坡或斜坡的穩(wěn)定技術領域。

背景技術：
我國巖土工程中邊坡種類繁多，除一少部分為均質簡單邊坡外，大部分邊坡由于受復雜地質歷史作用而呈現(xiàn)出多層現(xiàn)象，多層復雜邊坡的穩(wěn)定性評價以及支護方法給巖土工程技術人員提出了較高的要求。由于設計不當或者支護長度設計方法不合理導致的多層邊坡滑坡現(xiàn)象時有發(fā)生。例如2015年12月20日深圳市光明新區(qū)發(fā)生的余泥渣土受納場滑坡，造成上百人失聯(lián)、遇難，給人民生命以及社會安全帶來巨大威脅。有鑒于此，如何合理地進行多層邊坡的支護設計，尤其是合理地確定錨桿的支護長度至關重要。目前多層邊坡支護設計時，主要基于有限元或者有限差分強度折減法或者極限平衡方法的確定性分析，找到臨界滑動面對應的位置，從而確定錨桿支護的長度。另外，為保守設計，一般沿邊坡高度方向每隔一定距離設計一排錨桿，這就存在著過度設計問題，不僅浪費材料，而且有時并不能起到一定的支護效果。在多層邊坡最危險滑動面位置的確定以及邊坡錨桿支護長度的合理設計方面，缺少一種系統(tǒng)合理的設計方法。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有邊坡錨桿支護長度設計方面存在的上述缺陷，提出了一種多層邊坡錨桿支護長度設計方法，在系統(tǒng)地獲得危險滑動面的基礎上，通過量化各危險滑動面在滑坡風險中的比重，進而科學合理地設計錨桿支護長度，最終實現(xiàn)多層邊坡錨桿支護優(yōu)化設計。本發(fā)明是采用以下的技術方案實現(xiàn)的：一種多層邊坡錨桿支護長度設計方法，包括如下步驟：步驟一：基于現(xiàn)場勘探確定邊坡的分層情況，分層情況包括分層厚度Di，i＝1，2，……，n，n為分層個數(shù)。步驟二：在邊坡的每一分層內(nèi)，以相同間隔將原有分層細化為一定數(shù)量的小分層ni，ni＝Di/0.5。步驟三：基于圓弧滑動假設，在可能的邊坡滑出、滑入點范圍之內(nèi)，利用均勻隨機數(shù)產(chǎn)生可行的滑動圓弧區(qū)域，滑動與未滑動土體之間的分界面，稱之為滑動面，記為Si。步驟四：針對可行滑動面中的每一個滑動面，利用極限平衡方法中簡化Bishop法計算其的安全系數(shù)和可靠性指標值。步驟五：危險滑動面的獲取，包括如下步驟：第一步：從可靠性指標值中，選擇可靠性指標值最小的那個滑動面作為第一個危險滑動面S1，并計算S1滑動面的失效樣本個數(shù)N1，并把N1個失效樣本從總樣本中剔除，計算其他滑動面與S1之間的相關系數(shù)ρi1，并剔除掉相關系數(shù)高于0.9的滑動面。第二步：從剩余的滑動面中挑選可靠性指標值最小作為第二個危險滑動面，記為S2，計算S2滑動面的失效樣本個數(shù)，記為N2。第三步，如此重復第二步，直至滑動面均被檢查完畢，所有的危險滑動面記為S1，S2，……，Sp，其中，p為危險滑動面總個數(shù)。步驟六：顯示所有的危險滑動面位置，并計算每個滑動面的失效樣本Ni與所有失效樣本之和的比值δi。步驟七：根據(jù)δi的高低進行排序，結合危險滑動面的具體位置與錨桿角度確定支護長度。步驟一中，在室內(nèi)土工試驗基礎上確定每層材料的容重γi、內(nèi)摩擦角以及粘聚力ci的平均值μγi、μci與標準差σγi、σci；記變量其中m＝3n。步驟二中，相同間隔優(yōu)選為0.5m。步驟三中，均勻隨機數(shù)產(chǎn)生可行的滑動圓弧區(qū)域優(yōu)選為10000個，滑動面Si中，i＝1，2，……，10000。步驟三中，圓弧滑動假設的步驟包括：(1)假設圓弧滑動面確定圓心和半徑；(2)把滑動土體分成若干條；(3)建立土條的靜力平衡方程求解。步驟四中，取滑動面Sk，計算其相應于μγi、μci時的安全系數(shù)FSk(μ)分別計算xi＝μxi+σxi及xi＝μxi-σxi時，滑動面Sk的安全系數(shù)FS2和FS1，并在此基礎上計算利用公式(1)計算Sk的可靠性指標值βk；k＝1，2，……，10000。其中，δij為變量xi和xj之間的相關系數(shù)，不同分層之間的變量相關系數(shù)為0，同一分層中的相同屬性變量相關系數(shù)為1，不同屬性變量間的相關系數(shù)為1。步驟五中，相關系數(shù)ρi1利用公式(2)計算得出：其中，i＝1，2，…j…，n，j和n為分層個數(shù)。步驟六中，每個滑動面的失效樣本Ni與所有失效樣本之和的比值δi利用公式(3)計算：其中，i＝1，2，…j…，n，j和n為分層個數(shù)。步驟七中，δi越高說明其滑坡的概率越大，在支護設計時要給予優(yōu)先重視。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的多層邊坡錨桿支護長度設計方法，在系統(tǒng)地獲得危險滑動面的基礎上，通過量化各危險滑動面在滑坡風險中的比重，進而科學合理地設計錨桿支護長度，最終實現(xiàn)多層邊坡錨桿支護優(yōu)化設計，對于滑坡現(xiàn)象的遏制起到了令人意想不到的效果，具有極大地推廣意義。附圖說明圖1是本發(fā)明流程框圖。圖2是本發(fā)明的多層邊坡細化示意圖。圖3是某多層填土邊坡錨桿支護長度確定實例。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所述的多層邊坡錨桿支護長度設計方法，本發(fā)明確定多層邊坡錨桿支護長度的具體過程為：步驟一：首先基于現(xiàn)場勘探確定邊坡的分層情況(分層厚度Di)，在室內(nèi)土工試驗基礎上確定每層材料的容重γi、內(nèi)摩擦角以及粘聚力ci的平均值μγi、μci與標準差σγi、σci；i＝1，2，……，n。n為分層個數(shù)；記變量其中m＝3n。步驟二：在邊坡的每一分層內(nèi)，以0.5m間隔將原有分層細化為一定數(shù)量的小分層ni，ni＝Di/0.5。步驟三：基于圓弧滑動假設，在可能的邊坡滑出、滑入點范圍之內(nèi)，利用均勻隨機數(shù)產(chǎn)生10000個可行的滑動圓弧區(qū)域，滑動與未滑動土體之間的分界面，稱之為滑動面，記為Si，i＝1，2，……，10000。步驟四：針對10000個可行滑動面中的每一個滑動面，譬如Sk，利用極限平衡方法中簡化Bishop法計算其相應于μγi、μci時的安全系數(shù)FSk(μ)。然后，分別計算xi＝μxi+σxi及xi＝μxi-σxi時，滑動面Sk的安全系數(shù)FS2和FS1，并在此基礎上計算利用公式(1)計算Sk的可靠性指標值βk；k＝1，2，……，10000。其中δij為變量xi和xj之間的相關系數(shù)，不同分層之間的變量相關系數(shù)為0，同一分層中的相同屬性變量相關系數(shù)為1，不同屬性變量間的相關系數(shù)為1。步驟五：從10000個可靠性指標值中，選擇可靠性指標值最小的那個滑動面作為第一個危險滑動面S1，并計算S1滑動面的失效樣本個數(shù)N1，并把N1個失效樣本從總樣本中剔除；利用公式(2)計算其他滑動面與S1之間的相關系數(shù)ρi1，并剔除掉相關系數(shù)高于0.9的滑動面。然后，從剩余的滑動面中挑選可靠性指標值最小作為第二個危險滑動面，記為S2，計算S2滑動面的失效樣本個數(shù)，記為N2；如此重復，直至10000個滑動面均被檢查完畢，所有的危險滑動面記為S1，S2，……，Sp，p為危險滑動面總個數(shù)。步驟六：在圖上顯示所有的危險滑動面位置，并利用公式(3)計算每個滑動面的失效樣本Ni與所有失效樣本之和的比值δi。步驟七：根據(jù)δi的高低進行排序，δi越高說明其滑坡的概率越大，在支護設計時要給予優(yōu)先重視。最后，結合危險滑動面的具體位置與錨桿角度確定支護長度。下面結合圖2所示的多層填土邊坡來說明多層邊坡錨桿支護長度的設計方法。第一步：基于現(xiàn)場勘探確定邊坡的分層情況：該填土邊坡高10米，坡比1：2，經(jīng)現(xiàn)場靜力觸探試驗得知，該填土邊坡共分三層，最上層是粉質粘土層，層厚10m，第二層和第三層為軟粘土層，層厚各5m；即D1＝10m，D2＝D3＝5m。三個填土層的容重均為20kN/m3，將其視為定值，不考慮其隨機性，即μγ1＝μγ2＝μγ3＝20kN/m3，σγ1＝σγ2＝σγ3＝0。原位測試結果顯示并經(jīng)查閱文獻最終確定的不排水強度統(tǒng)計值如下：μSu1＝35kPa，μSu2＝48kPa，μSu3＝51kPa，σSu1＝5kPa，σSu2＝5kPa，σSu3＝5kPa。變量X＝(x1，x2，x3)＝(Su1，Su2，Su3)，隨機變量個數(shù)m＝3。第二步：邊坡土層的細化：將每個填土層，按照垂直間距0.5m，自上而下將其細化為20、10、10個小土層，即n1＝D1/0.5＝20，n2＝n3＝5/0.5＝10。第三步：潛在可行滑動面產(chǎn)生：生成3個[0，1]之間的隨機數(shù)，分別將其映射至圓弧滑動面的滑出點坐標、滑入點坐標以及半徑值，如此隨機產(chǎn)生10000個圓弧滑動面，這10000個可行滑動面作為危險滑動面的候選。第四步：計算可行滑動面的安全系數(shù)與可靠性指標值：針對每個可行滑動面，譬如Sk，利用簡化Bishop法計算其相應于土層參數(shù)取平均值時的安全系數(shù)，即Su1＝35kPa，Su2＝48kPa，Su3＝51kPa，容重取20kN/m3時的FS。并計算該滑動面相應于Su1＝35+σSu1＝40kPa，Su2＝48kPa，Su3＝51kPa時的安全系數(shù)，記為FS2，相應地，計算Su1＝35-σSu1＝30kPa，Su2＝48kPa，Su3＝51kPa時的安全系數(shù)，記為FS1，類似地，可以求出以及并利用公式(1)求解Sk的可靠性指標值βk，需注意的是，此例中m＝3。如此反復，直至求出其他所有可行滑動面的可靠性指標值。第五步：危險滑動面的獲取：利用蒙特卡羅法產(chǎn)生100萬個符合第一步中均值與標準差的樣本，概率分布假定為正態(tài)分布，從所有可靠性指標值中選擇最小值對應的滑動面作為第一個危險滑動面，記為S1，計算100萬個樣本值下S1的安全系數(shù)，如果某樣本值下其安全系數(shù)小于1，則稱該樣本為失效樣本，如此可得S1的失效樣本值，記為N1＝188。將該188個樣本從100萬個樣本中剔除，同時利用公式(2)計算其余滑動面與S1之間的相關系數(shù)，并將相關系數(shù)高于0.9的滑動面去除，不再作為危險滑動面的候選。然后，再選擇可靠性指標值最小的滑動面作為第二個危險滑動面，記為S2，然后重復上述過程，最終可確定出所有的危險滑動面。本例中，共計得出3個危險滑動面，即S1的失效樣本N1＝188，S2的失效樣本N2＝17，S3的失效樣本N3＝97。第六步：顯示危險滑動面并量化其失效樣本比重：如圖2所示，3個危險滑動面的位置分別位于三個不同的填土層內(nèi)。就其失效樣本值的比重而言，δ1＝188/(188+17+97)＝0.62，δ2＝0.06，δ3＝32％，因此，從失效概率的高低上來看，S1和S3要引起高度重視。S2的安全系數(shù)為1.38，是極限平衡方法確定的，最小安全系數(shù)。因此，在常規(guī)邊坡錨桿支護時，S2作為最重要的滑動面來設計，錨桿的支護長度是以S2的位置來控制的，如圖3中虛線錨桿長度所示。本發(fā)明中，在選定了錨桿傾角α的基礎上，就可以根據(jù)圖3的比例尺量測出錨桿支護的最小長度，如圖3中實線錨桿長度所示。由圖3可見，以S2來確定的錨桿支護長度明顯短于本發(fā)明設計的錨桿支護長度，因此當邊坡沿S3發(fā)生滑坡時，S2確定的錨桿不能有效防止滑坡。當然，上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定對本發(fā)明的實施例范圍。本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內(nèi)所做出的均等變化與改進等，均應歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍內(nèi)。