基于正交试验设计的边坡预应力锚固参数敏感性分析

阜新海州露天煤矿北帮边坡采用预应力锚固措施进行治理。本文为了给预应力锚固参数的选取提供可借鉴的依据,利用正交试验设计对预应力锚固参数(锚索间排距、预应力、锚固角、锚固段长度、锚索长度)进行了敏感性分析。分析结果表明,这5个参数对边坡稳定性系数的敏感性由大到小依次为:预应力、锚索间排距、锚索长度、锚固段长度、锚固角,预应力和锚索间排距是影响稳定性系数的主要因素。     

岩质边坡预应力锚索加固的优化设计方法

预应力锚固是改善岩质边坡稳定性的主要手段,尤其在水利水电工程建设中,通常采用预应力锚索(杆)来加固不稳定的边坡。然而,至今为止,用于确定预应力锚索长度、间距、锚孔直径及单束锚索荷载等参数的设计方法仍然是没有很好解决的问题,所用方法大多过于保守。在分析锚固系统失效模式的基础上,应用优化与决策分析的理论,提出了确定岩锚设计参数的优化方法,并分别对锚固间距、锚固角、锚索荷载及内锚段长度进行了优化分析。实践证明了该方法的经济性及可行性。     

路堑边坡稳定性影响因子的均匀设计和数值模拟

将均匀设计引入边坡的稳定性影响因素敏感性分析中,可大大减少试验次数,使试验点在试验范围内均匀分布,得到理想的分析结果。针对杭兰高速公路一典型的路堑边坡,采用均匀设计法,对影响边坡稳定性的7种因素进行了敏感性分析。同时采用有限元数值模拟分析法,针对边坡开挖支护作对比分析,证实了均匀设计的可靠性,得出影响边坡稳定性的因子敏感性由大到小依次为内摩擦角、锚索长度、重度、粘聚力、锚索间距、预应力、锚固段长度,从而为公路路堑边坡的综合治理提供了依据。      

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。     

基于失稳状态耗能最小原理的预应力锚索加固边坡稳定性上限解析

基于岩土塑性极限分析上限理论的基本原理,考虑预应力锚索的加固效应,分析了单预应力锚索加固措施条件下边坡的稳定性特性,并由此探讨了多预应力锚索共同加固边坡的稳定性能量分析方法。结合强度折减技术,采用内点迭代方法和序列二次规划优化迭代法对锚固边坡安全系数目标函数进行了能量耗散最小化意义上的优化计算。典型算例的分析计算表明：锚索加固效应可以有效地提高边坡的稳定性,预应力锚索设置位置对边坡安全系数、临界滑裂面位置和锚索长度有显著影响。综合考虑锚索设置位置对边坡安全系数和锚索长度的影响,单锚索的最优设置位置应位于边坡中下部区域。采用多排锚索加固既可以保证边坡的安全储备,也可有效避免局部稳定性问题。     

灰色局势决策在预应力锚索优化设计中的应用

将灰色理论中灰色局势决策方法应用到某滑坡支护工程中优化预应力锚索的锚固角及锚索的钢绞线根数。采用Slope /W 软件建立滑坡剖面模型,将不同的锚固角度和钢绞线根数组合,以Janbu 法计算的安全系数和需要的钢绞线总长度为目标,采用灰色局势决策法,得到以锚固角35°,9 根15. 2 mm 钢绞线的预应力锚索加固该滑坡,能取得即安全又经济的效果。     

预应力锚索地梁中合理锚固角的确定

在现有预应力锚索地梁设计中一般直接沿用预应力锚索的锚固角确定方法,而工程中时有因锚索锚固角设计不合理导致结构工程失效的事例。鉴于此,研究了预应力锚索地梁中合理确定锚固角的方法,提出以锚索地梁和坡面岩体间不发生相对滑动为初判条件;以锚索提供最大抗滑力为设计目标,定义了预应力的利用率,并建议以初判条件和预应力利用率为主,兼顾经济和施工因素合理确定锚固角。最后以实际工程算例说明了该方法的具体应用。     

影响大吨位预应力长锚索锚固力损失的因素分析

通过对水利水电工程岩体加固中常采用的大吨位预应力长锚索锚固力变化规律的分析,详细讨论了影响预应力锚索锚固力变化的钢材松弛、岩体强度与性质、施工质量、锚索结构与环境变化等因素,得出了不同影响因素对预应力长锚索锚固过程中锚固力损失的影响效应。观察表明,引起锚索锚固力损失的最主要因素是岩体的变形与施工质量。根据岩锚实测资料的统计分析,进一步提出了各影响因素与锚固力损失间相应的经验关系,最后,提出了控制锚固力损失的工程措施,可供相关锚索设计与施工时的参考。     

Hoek-Brown准则下预应力锚索锚固体破坏的极限分析

针对预应力锚索锚固体的破坏形式,采用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,分别考虑锚固体界面产生滑脱破坏与锚固体周围岩体发生整体破坏两种工况,根据塑性力学中的上限分析定理,推导出了锚索极限抗拔力的计算公式与锚固体的破裂机制,并分别讨论了锚固段灌浆压力、锚固段长度与岩体强度参数等对极限抗拔力与破裂面形状的影响。计算表明:一定范围内增大锚固段长度和采用压力灌浆是提高锚索极限抗拔力的有效措施;当锚固段周围岩体发生整体破坏时,随着岩体经验参数A、岩体抗拉强度、抗压强度与重度的增加,锚索极限抗拔力不断增大,而随着经验参数B的增加,锚索极限抗拔力则不断减小;锚固段周围岩体破裂面形状呈现出对称的"喇叭形",这与现有文献中的研究成果相一致,而且岩体经验参数B是影响岩体破裂面形状的重要因素,它决定了岩体破裂面的曲率大小,当B=1时,岩体破裂曲面退化为圆锥面。     

数量化理论Ⅰ在边坡锚索锚固角优化中的应用

锚索的锚固角是边坡支护设计中的重要参数之一。基于数量化理论Ⅰ的建模原理和方法,选取了15组可靠的实测样本数据,以滑面倾角、坡面角、滑面粘结力、滑面内摩擦角、锚索直径、边坡天然稳定系数等6项定量指标作为锚索锚固角的判别指标,建立了边坡锚索最优锚固角的预测模型。通过模型检验和精度分析,得出最优锚固角的残差绝对值为0.17°～4.60°,平均为2.18°;相对误差为0.51%~11.79%,平均为4.96%;复相关系数r为0.9613,剩余标准差s为2.8185,总体上最优锚固角的预测曲线与实测曲线吻合较好。可见,利用数量化理论Ⅰ确定边坡锚索最优锚固角是科学可行的,它为确定边坡支护设计的锚固角参数提供了一个新思路。     

岩质高挖方边坡锚杆参数优化设计研究

针对某220 kV变电站岩质高挖方边坡,采用极限平衡法和数值分析法,设置不同锚杆打入角度和长度方案对边坡的稳定性进行了计算对比分析,优化了锚杆设计参数,评价了坡顶位移监测、深层水平位移监测和锚杆应力监测对锚杆加固效果。结果表明,（1）随着锚杆打入角度的增加,边坡安全系数先增大后减小,存在最优锚固角度,确定22°为最优锚固角度;（2）边坡下部锚杆受力大于上部锚杆受力,设计时应有重点考虑下部锚杆参数。当边坡安全系数不满足设计要求时,应适当增大下部锚杆截面尺寸或增加锚杆长度;（3）各排锚杆应进行不等长设计,锚杆长度通过极限平衡法量取潜在滑动面到坡面的距离进行确定和验算;（4）现场监测结果显示优化设计后的锚杆参数加固效果良好,经济效益可观。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。     

黄土高边坡稳定性影响因素分析 ——以宝鸡峡引水工程为例

黄土高边坡稳定性受多种因素影响,对高边坡稳定性影响因素进行敏感性分析非常必要。通过建立合理的计算模型,采用灰色关联度法,对影响宝鸡峡引水工程黄土高边坡稳定性的主要因素进行了分析。结果表明,土体的内摩擦角和黏聚力对其稳定性影响最大;采用正交实验分析可知,除土体的内摩擦角、黏聚力和坡高外,地震作用对黄土高边坡稳定性的影响也较大。以上分析表明,抗剪强度指标是影响黄土高边坡稳定的主要敏感性因素,提出了在黄土高边坡稳定性分析时应尽量使抗剪强度指标的选取准确、合理,同时也应考虑边坡高度和地震的影响,进而为黄土高边坡类的工程设计和运行管理提供重要参考。     

基于尖点突变理论的浆砌块石边坡稳定性研究

根据影响浆砌块石挡土墙边坡稳定性的主要控制变量：挡土墙的垂直度i、挡土墙高度h、填料的内摩擦角 、墙后边坡土的重度 、土对挡土墙基底的摩擦系数 、土对挡土墙墙背的摩擦角 等6个因素变量,利用正交设计原理优化试验设计方案,结合库仑理论与力的多边形法,分析计算浆砌块石挡土墙边坡的安全系数,最后用尖点突变理论的突变级数法进一步判断边坡的稳定性。研究结果表明：影响挡土墙边坡稳定性的6个主要控制变量因素的主次关系为 ;在分析挡土墙边坡稳定性时,采用突变级数法进行计算判断,可以直观地判断边坡的稳定情况,从而弥补工程中运用传统的最小安全系数法进行判断出现的模糊不确定的情况。     

Optimum Design of Highway Excavation Slope Angle: Evidence from Dawu Section of Jingzhu Highway

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｉｇｈｗａｙｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ ,ａｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ,ａｉｍｓｔｏｐｒｏｐｏｓｅｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｌｏｐｅａｎ ｇｌｅｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｃｏ ｎｏｍｉｃｓｅｃｕｒｉｔｙ .Ｔｈｅｈｉｇｈｗａｙｓａｆｅｔｙｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｌｏ…     

预应力锚索加固土质边坡极限平衡稳定性分析

基于滑动面搜索新方法,对预应力锚索加固边坡进行稳定性分析。通过将锚索的加固效应简化为作用在土条(柱)底面上的一个外力,实现了条分(柱)法下二维和三维锚索加固边坡的安全系数计算。经过算例对比分析,验证了本文方法的可行性,然后,在一定程度上研究了锚索倾角、三维滑动体长度L、锚索锚固力F以及水平加固间距S变化时对边坡稳定性的影响。研究结果表明:(1)锚索加固可有效提高边坡的稳定性,同时,也增大了原有边坡发生滑动的范围; (2)随着三维滑动体长度L的增大,三维边坡(包括未加固和锚索加固)的稳定性趋于二维边坡稳定性; (3)单位水平加固间距上的锚固力越大,锚索对边坡的加固效应越明显。     

基于总位移指标的反倾岩质边坡倾倒变形影响因子敏感性分析

为分析反倾边坡倾倒变形影响因子敏感性差异,本文采用数值模拟与灰色关联相结合的方法进行研究。首先将边坡几何特征参数、岩体物理力学参数、岩层力学参数定为反倾边坡第一级倾倒变形影响因子,并从各一级因子中进一步划分出边坡坡度、岩层倾角、岩层柔度等12个次级影响因子;然后对各二级影响因子分别选取11个水平数,并将12个二级影响因子、11级水平数随机组合成11套数值模拟方案,采用UDEC进行各方案数值模拟分析;最后采用灰色关联理论以坡顶倾倒变形水平位移为参考序列对12个二级影响因子进行关联度计算,并进一步分析出了3个一级影响因子敏感性大小。研究结果表明：（1）12个二级影响因子对倾倒变形影响最大的是岩层倾角;（2）三个一级影响因子中几何特征参数对倾倒变形影响最大,岩层层理力学参数对反倾边坡变形影响次之,岩块物理力学参数对反倾边坡变形影响最小。     

Calculation of the Internal Forces and Numerical Simulation of the Anchor Frame Beam Strengthening Expansive Soil Slope

Anchor frame beam is an excellent method for strengthening the expansive soil cut slope. It can effectively prevent cracks and fissures of expansive soil slope from expanding. There are plentiful engineering experiences that are important for the design of anchor frame beam. However its design theory is still not uniform and there is not any code to be followed. The assumption of Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory are used for calculating the internal forces of the frame beams. At the meantime FLAC^3D software is used for simulating anchor frame beam strengthening expansive soil cut slope. Main parameters, such as length, range interval and angle of the anchor, are researched so as to acquire how to influence slope deformation. The internal force distributing of different length beams is analyzed. The results indicate that it is absurd to design frame beams just by expansive force. It is suggested that the internal forces of pre-cast and cast-in-place beams be calculated with Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory. The numerical results show that ratio of slope has an impact on the slope deformation, and that the angle and the range interval of the two neighboring anchors influence the slope deformation. The pertinent proposal for designing frame beam is offered based on an actual project so as to optimize the design.