本发明涉及岩土工程以及地质工程应用，特别涉及一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法。
背景技术：
1、减载反压是指在堆置体后缘，即靠近堆置体靠近上坡方向的一侧开挖去除部分滑动体，再将土体填筑在堆置体前缘，即靠近堆置体靠近下坡方向的一侧，从而减小堆置体的下滑力，增大堆置体的抗滑力。这种措施可起到迅速抑制堆置体变形的作用，这对堆置体治理而言，既是一种应急抢险的措施，也是众多堆置体治理措施中长期稳定性最高的一种方法。
2、目前，减载反压防治堆置体的设计方法主要是基于经典减载反压分析法，该法首先在堆置体体上沿滑动方向取多个典型断面，将堆置体断面条分，假定减载或反压不仅会引起土条的重力变化，还会引起孔隙水压力的变化(与孔隙压力系数有关)，由于孔隙压力系数的测试非常困难，因此该法假定在滑动面底部一点处为反压中性点，且该点孔隙压力系数等于1；假定滑动面一点处为减载中性点，该点切线与水平线夹角为其中表示条块底边所在的滑动面的有效摩擦角，f0表示典型断面的安全系数，且孔隙压力系数等于0。将各个典型断面的减载中性点相连得到减载中性线，将各个堆置体断面的反压中性点相连得到反压中性线，从而确定减载分区和反压分区。
3、但该方法具有一定的局限性。在具体的实践过程中发现，该方法虽然考虑到土体开挖和填筑会对孔隙水压力产生影响，并引入了孔隙压力系数，但实际在减载反压施工过程中，土体是缓慢挖除并缓慢填筑的，并不会引起孔隙水压力的累计变化，当减载反压施工完成时，多余的孔隙水压力已经基本消散，相比原始堆置体的孔隙水压力并不会有明显变化。而另一方面，该法忽略了减载开挖的土体和反压填筑的土体对横向地震力的影响，当土体填筑后，土条所受的地震力增加，使得土条的抗滑力下降，下滑力增加，边坡的稳定性降低，因此原计算方法会导致堆置体稳定性计算结果偏大，而偏于不保守，不适用于实际工程设计。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中设计堆置体的减载反压方案时，没有考虑到减载开挖的土体和反压填筑的土体对横向地震力的影响，导致计算结果偏于不保守，存在安全隐患的不足，提供一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法。
2、在第一方面，本发明提供一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，包含如下步骤：
3、s1、获取堆置体的特征和地质信息；根据堆置体的特征和地质信息对堆置体进行划分，得到多个典型断面，每个典型断面包含多个条块；
4、s2、获取各典型断面的安全系数，根据各典型断面的安全系数获取各典型断面的减载中性点；获取各典型断面的反压中性点；
5、s3、根据多个典型断面的减载中性点的连线获取减载中性线，根据多个典型断面的反压中性点的连线获取反压中性线；根据减载中性线和反压中性线在堆置体上划分出减载分区和反压分区；
6、s4、在减载分区内设计减载面，在反压分区内设计反压面；根据减载面和反压面更新各典型断面并重新划分条块，重新获取各典型断面的安全系数；
7、s5、判断各典型断面的安全系数是否均满足设计要求，若否，回退至步骤s4并修改减载面和/或反压面的设计；若是，完成设计。
8、本发明的堆置体减载反压稳定性控制设计方法，通过考虑堆置体后缘减载土体和堆置体前缘反压土体对堆置体土体所受重力和地震力的影响，忽略对孔隙水压力的影响，提出了改进的减载中性点和反压中性点计算方法，在此基础上，明确了堆置体的减载中性线、反压中性线确定方法及堆置体的减载分区和反压分区，并进一步提出了减载反压防治堆置体的稳定性计算方法和设计分析流程，从而改善了目前基于经典减载反压防治堆置体设计方法考虑孔隙水压力变化而忽略了地震力影响，导致计算结果偏大而趋于不安全的问题。且本发明方法与经典方法相比，本发明中参数相对简单，方便理解，计算快捷，便于推广应用。
9、同时本发明通过考虑减载土体和反压土体对地震力的影响，降低了堆置体稳定性计算中的抗滑力矩，增加了下滑力矩，使得稳定性计算结果偏保守，有效地提高了堆置体稳定性分析的准确性。
10、优选地，在步骤s4中根据如下步骤设计减载面和反压面：
11、在减载中性线与周界所围且靠近上坡一侧的区域内绘制坡面减载线，在坡面减载线与周界所围且靠近上坡一侧的区域内绘制滑动面减载线，坡面减载线、滑动面减载线和周界所围的区域为减载面；
12、在反压中性线与周界所围且靠近下坡一侧的区域内绘制坡面反压线，在周界所围区域外部且靠近下坡的一侧绘制坡外反压线，坡面反压线和坡外反压线所围的区域为反压面。
13、对于减载中性点，若在减载中性点以上的区域，即减载中性点靠近上坡方向的一侧进行土体开挖，即减载，将有助于提高对峙的的安全系数；对于反压中性点，若在反压中性点以下的区域，即反压中性点靠近下坡方向的一侧进行土体压载，即反压，也将有助于提高对峙的的安全系数；本方案基于此，将减载面设置于减载中性线，即减载中性点连线靠近上坡一侧的区域，将反压面设置于反压中性线，即反压中性点连线靠近下坡一侧的区域；在减载面内进行减载、在反压面内进行反压即可提高堆置体的安全系数。
14、优选地，在步骤s4中根据如下步骤更新各典型断面：
15、将坡面减载线与典型断面的交点投影到坡面，得到对应的坡面减载点；将滑动面减载线与典型断面的交底投影到滑动面，得到对应的滑动面减载点；连接坡面投影点和滑动面投影点，得到对应典型断面的减载线；
16、将坡面反压线与典型断面的交点投影到坡面，得到对应的坡面反压点；将坡外反压线与典型断面的交点投影到坡面，得到对应的坡外反压点；得到对应典型断面的反压线；使用圆弧连接坡面反压点和坡外反压点，圆弧的圆心沿纵坡向位于坡面反压点和坡外反压点之间，圆弧的圆心沿铅锤方向位于坡面反压点和坡外反压点的下方，得到对应典型断面的反压线；
17、将滑动面靠近下坡的一端延伸至反压线内部，得到延长后的滑动面；
18、以减载线、反压线、延长后的滑动面、坡面所围区域作为更新后的典型断面。
19、需要注意的是，投影到坡面是指沿铅锤方向投影。
20、本方案提供了更新典型断面的具体操作方法，能够使堆置体典型断面的形状更加符合进行了减载反压之后的断面形状，从而使后续计算更加符合实际情况。
21、优选地，在步骤s5之后还包含如下步骤：
22、s6、重复步骤s4至步骤s5，获得多个备选方案及对应的安全系数，各备选方案的减载面和/或反压面设计不同；获取各备选方案的开挖土方量和回填土方量；
23、s7、以各备选方案的安全系数、开挖土方量和回填土方量为依据，从各备选方案中选出最优方案。
24、本发明通过多次循环步骤s3至步骤s5，得到多个减载反压备选方案以及对应的堆置体安全系数，开挖土方量和回填土方量，并通过综合比选，从中获得性价比最高的备选方案作为最优方案，例如选取开挖土方量和回填土方量最少的备选方案以降低施工成本，或选取安全系数最高的备选方案以确保施工安全，从而确保施工的经济性和安全性；同时，多次循环择优也能使本发明得到的减载面和反压面更加可靠。
25、优选地，在步骤s2中获取各典型断面的减载中性点时，忽略条块的平均高度对边坡稳定性的影响。
26、在获取各典型断面的减载中性点时需要计算边坡稳定性，但边坡稳定性的方程求解十分困难；本发明的发明人发现若省略边坡稳定性方程中的条块的平均高度，则不仅能使边坡稳定性易于求解，同时也会导致边坡稳定性的计算结果减小，从而使安全系数的计算偏于保守，即偏于安全；因此本方案选择忽略条块的平均高度，既能简化计算，又能确保计算结果的安全性。
27、优选地，在步骤s2中根据如下公式获取各典型断面的减载中性点：
28、
29、式中，αn表示减载中性点所对应滑动面上一点处切线与水平线的夹角；表示编号为i的条块底边所在的滑动面的有效摩擦角；ks表示地震影响系数；f0表示对应典型断面的安全系数；i表示条块的编号，i＝1，2，3……。
30、本方案给出了在忽略条块平均高度的情况，减载中性点所对应滑动面上一点处切线与水平线的夹角的具体计算公式，用于准确确定减载中性点的位置。
31、优选地，在步骤s2中根据如下步骤获取各典型断面的反压中性点：
32、选取滑动面上切线沿水平方向的一点作为反压中性点。
33、对于减载中性点，若在减载中性点以下，即减载中性点靠近下坡方向的一侧进行堆载，会使得安全系数不断增加，在该安全系数的基础上重新计算减载中性点会发现，减载中性点会出现下移。从理论上讲，当安全系数趋于无穷大时，减载中性点将会移动到滑动面的最低点，即滑动面上某点切线为水平的位置处。因此，本方案选择滑动面上切线沿水平方向的点作为反压中性点，以提高反压对提高安全系数的效率。
34、优选地，在步骤s1中根据如下步骤划分堆置体：
35、沿横坡向在堆置体上划分出多个典型断面，典型断面均平行于纵坡向和铅锤方向；沿纵坡向将典型断面划分出多个条块，相邻两个条块之间的分割线均沿铅锤方向。
36、本方案提供了一种具体的堆置体划分方式。
37、优选地，在步骤s1中，堆置体的特征和地质信息包含堆置体的周界、滑动面和剪出口，堆置体及周围岩土体的内摩擦角、黏聚力、天然密度，堆置体滑动面的有效内摩擦角和有效黏聚力，堆置体内的浸润线分布。
38、本方案提供了步骤s1中所应采集的具体堆置体特征和地质信息。
39、优选地，在步骤s1中根据如下步骤获取各典型断面的安全系数：
40、根据条块特征和浸润线获取各条块的体力、地震力、条块底部孔隙水压力、条块底部与水平面的夹角；根据各条块的体力、地震力、条块底部孔隙水压力、条块底部与水平面的夹角和滑动面的有效内摩擦角和有效黏聚力获取对应典型断面的抗滑力矩总和，进而获取对应典型断面的安全系数。
41、本方案提供了典型断面的安全系数的计算过程。
42、有现有技术相比，本发明的有益效果：
43、本发明提供一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，通过考虑堆置体后缘减载土体和堆置体前缘反压土体对堆置体土体所受重力和地震力的影响，忽略对孔隙水压力的影响，提出了改进的减载中性点和反压中性点计算方法，在此基础上，明确了堆置体的减载中性线、反压中性线确定方法及堆置体的减载分区和反压分区，并进一步提出了减载反压防治堆置体的稳定性计算方法和设计分析流程，从而改善了目前基于经典减载反压防治堆置体设计方法考虑孔隙水压力变化而忽略了地震力影响，导致计算结果偏大而趋于不安全的问题。且本发明方法与经典方法相比，本发明中参数相对简单，方便理解，计算快捷，便于推广应用。
44、同时本发明通过考虑减载土体和反压土体对地震力的影响，降低了堆置体稳定性计算中的抗滑力矩，增加了下滑力矩，使得稳定性计算结果偏保守，有效地提高了堆置体稳定性分析的准确性。
1.一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s4中根据如下步骤设计减载面和反压面：
3.根据权利要求2所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s4中根据如下步骤更新各典型断面：
4.根据权利要求1所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s5之后还包含如下步骤：
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s2中获取各典型断面的减载中性点时，忽略条块的平均高度对边坡稳定性的影响。
6.根据权利要求5所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s2中根据如下公式获取各典型断面的减载中性点：
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s2中根据如下步骤获取各典型断面的反压中性点：
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s1中根据如下步骤划分堆置体：
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s1中，堆置体的特征和地质信息包含堆置体的周界、滑动面和剪出口，堆置体及周围岩土体的内摩擦角、黏聚力、天然密度，堆置体滑动面的有效内摩擦角和有效黏聚力，堆置体内的浸润线分布。
10.根据权利要求9所述的一种堆置体减载反压稳定性控制设计方法，其特征在于，在步骤s1中根据如下步骤获取各典型断面的安全系数：
