某砂岩顺层挖方高边坡治理工程施工期变形特征与工程效果评价

为了研究砂岩顺层挖方高边坡支护工程施工期间及施工后的边坡变形规律和治理工程效果,文章依托北京某边坡支护项目,对边坡在施工过程中的锚索轴力及边坡位移进行监测分析,结果表明：锚索轴力变化主要分为加速损失阶段、波动阶段以及持续稳定趋变阶段;锚索轴力变化可以很好地反映坡体内力的变化情况;坡顶水平位移和竖向沉降的变化,可以反映边坡深层位移的变化规律和边坡的稳定性;框架预应力锚索抗滑桩组合支护体系应用于砂岩顺层挖方高边坡的支护时,具有较好的支护效果。采用有限元分析软件,模拟该砂岩顺层挖方高边坡的开挖支护过程发现：随着边坡的开挖,坡体位移沿着软弱滑动面向坡角发展,边坡稳定性降低。将监测结果与模拟结果对比分析,发现二者的变化趋势基本一致,证明了该边坡的支护体系能有效地控制边坡的变形。研究成果能为以后类似边坡的设计施工提供参考。     

地震作用下不同支护结构对滑坡加固效果研究

滑坡是地震触发最常见和最严重的次生灾害,会造成巨大的财产损失,甚至是人员伤亡。因此,地震作用下,边坡的稳定性分析及加固措施的有效性成为工程地质领域重要研究课题之一。本文以巧家县白泥沟滑坡为例,依托二维有限差分程序FLAC,模拟滑坡在不同支护结构下的加固效果。该滑坡属于巨型厚层基岩滑坡,下滑力巨大,因此采用双排抗滑桩、锚索抗滑桩和锚索及连续桩键结构3种支护方式。结果表明：双排抗滑桩能分担坡体下滑力,但抗滑桩所承受的下滑力依旧较大,导致桩身顶端出现推动周围土体下滑的现象;锚索抗滑桩和锚索支护能提供较大的抗滑力,减小边坡的下滑趋势,锚索中施加预应力能有效抑制桩顶位移,提高桩身承载能力;连续桩键结构的内力分配合理,具有较好的整体性,这种整体性能明显提高抗滑能力。3种支护结构中,连续桩键结构对边坡加固效果最好。     

多级框架锚索和抗滑桩联合作用下边坡抗震性能的振动台试验研究

基于原型边坡设计了大型振动台模型试验,通过监测锚索轴力、桩身土压力、坡体加速度和坡面位移时程,研究多级锚索框架梁与双排抗滑桩组合结构加固含软弱夹层岩质边坡的地震动力特性。试验结果表明:在0.15g El Centro地震波激振时锚索预应力产生损失,最大损失比为23%,建议对变形等级要求较高的边坡在锚索抗震设计时适当提高预应力初始值1.2~1.3倍;沿边坡不同高度布置的锚索其轴力响应峰值几乎同一时刻到达,而峰值增加比例呈现出空间非一致性,在锚索抗震设计时应以坡体中部抗滑桩为界将边坡分为上、下区分别考虑;坡脚抗滑桩受荷段、锚固段土压力均随着输入地震波峰值加速度的增加而增大,主动土压力分布规律将由"上小下大"转变成"上大下小"的形状,被动土压力Ⅰ、Ⅱ区的分界点将向桩体下部发展;锚索与抗滑桩在地震时表现为协同工作机制,工程设计中要充分考虑地震效应对桩锚下滑力分担比的影响。该研究成果可为更加合理地考虑地震区锚索框架梁与抗滑桩组合支护结构的设计提供指导。     

鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析

影响顺层岩质边坡稳定性的主要因素有岩体的粘聚力和节理裂隙面的粘聚力,与一般边坡不同,节理面粘聚力大小决定了顺层边坡的稳定性。选取鹰厦铁路典型顺层边坡进行分析,采用数值模拟方法,比较不同节理面粘聚力下的边坡应力应变规律,得出在岩体粘聚力比较大而节理面粘聚力较小的情况下,顺层边坡会由于节理面产生拉应力而破坏。对于节理面可能出现的破坏形式提出了加固预应力锚固措施,进行加固措施后用数值模拟分析,对边坡的受力特征进行分析,得出预应力锚固方法促进节理边坡的稳定性。     

地下洞室预应力锚索锚固机制及受力特性分析

采用隐式锚索单元模拟地下洞室预应力锚索,探讨了索体对岩体单元的等效附加刚度贡献。针对预应力锚索的受力过程,分别分析了预拉力和围岩变形作用下锚索锚固段的受力机制。基于两种作用下锚固段内力的叠加,提出了一种考虑锚固界面剪切滑移的预应力锚索受力分析方法。结合三维非线性有限元,给出了预应力锚索受力的一般求解步骤,然后将此锚索算法应用于乌东德水电站左岸地下厂房洞室群分期开挖。结果表明,锚索支护能够有效加固岩体,限制破坏区的发展;锚固段轴力和剪应力均在始端达到最大,沿深度方向逐渐衰减。计算得到的锚固力变化过程与实测值基本吻合,验证了该算法的合理性。     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。     

锦屏一级水电站左坝肩边坡数值模拟

锦屏一级水电站左岸边坡工程地质条件复杂,特别是由控制性软弱结构面切割形成的楔形体对左岸边坡的稳定性影响较大。工程中已采用系统预应力锚索支护和抗剪洞回填对楔形体进行加固处理。为了解两种支护措施及其施工工序对楔形坡稳定性的影响,采用数值模拟方法,对支护措施在不同工况条件下,边坡继续开挖进行模拟计算。通过不同工况数值模拟对比分析发现,系统锚索支护对限制塑性区发展起到了良好的效果,抗剪洞回填对限制楔形体底滑面的错动有非常明显的效果,及时进行锚索支护和回填抗剪洞是锦屏一级水电站左岸边坡在施工期乃至运行期间稳定运行的有力保证,通过控制性软弱结构面的位移变化趋势判断边坡稳定性是可行的。     

竖向预应力锚索抗滑桩的优化研究

竖向预应力锚索抗滑桩是一种锚索从桩顶竖向穿过抗滑桩,直接嵌入基岩以下的新型抗滑桩.本文以某滑坡治理工程为例,采用数值模拟方法,研究竖向预应力锚索抗滑桩的内力,从桩长、锚固力、偏心距几个方面对竖向预应力锚索抗滑桩的桩身结构进行优化研究.模拟研究结果表明,其他条件不变时,竖向预应力锚索抗滑桩随着桩长的减小,桩身弯矩最大值变...     

西南某水电站工程边坡泥化夹层构造形迹成因机理研究

工程区开挖边坡的稳定性受控于地层岩性(含软弱结构面)、向斜构造、微地貌等多种因素。边坡岩体中的层间剪切破碎带、断层破碎带不同程度地赋含泥化夹层,直接影响边坡的岩体结构。然而,工程边坡中泥化夹层却分布不均,是各种破碎带中的弱化带,最危险的潜在滑(弱)面,对重点工程部位的边坡岩体稳定性构成不同程度的安全隐患。因此,寻求其成因机制,优化治理措施,在整个开挖边坡系统中,起着关键性的作用。边坡所发育的煤系地层母岩体经多期强烈的构造挤压与研磨,各种风化的长期作用及地下水不断渗入,形成层间剪切破碎带产出、岩性较为复杂的泥化夹层岩组。枢纽区该泥化夹层岩组在实测地层剖面中,所占比例变化较大(1.77%~27.21%)。针对泥化夹层岩组的成因机理,提出5个成因阶段,对坝区所发育的泥化夹层作X射线粉晶衍射测试,证实其中确含有新(次生)的粘土矿物,为泥化夹层的存在提供强有力的佐证。     

某大型高速公路滑坡稳定性分析及锚桩加固的模拟研究

某大型高速公路高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,故边坡多处出现失稳破坏迹象。在已查明滑坡工程地质条件、滑动面、滑带位置的基础上,分析评价了该滑坡体的稳定性现状; 根据钻孔资料提供的岩土体和滑面的参数,并结合参数的反算,得到了滑面的c、φ值,最后计算得到非正常工况下(暴雨)的滑坡稳定安全系数为0.91,说明当遇到长时间暴雨时,滑坡会进一步发展,需要及时治理。文中提出了相应的治理设计措施,即在对滑坡体进行削方减载后,在边坡的一级平台位置设置预应力锚索抗滑桩。在对该边坡破坏过程和机制定性分析的基础上,采用离散元程序UDEC进行了滑坡治理效果的数值模拟。根据已确定的滑面,采用UDEC模拟边坡开挖,通过对治理前后边坡位移图的比较分析,表明采用预应力锚索抗滑桩的治理措施安全有效。通过抗滑桩与预应力锚索抗滑桩的对比,揭示了预应力锚索抗滑桩改变了传统抗滑桩的受力状态,变悬臂梁为类简支梁,变被动支护为施加预应力,具有诸多优点。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机理对于指导边坡加固设计有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论:(1)边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;(2)对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;(3)预应力锚索加固高陡边坡的主要机理在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

锚索抗滑桩内力计算的传递矩阵法

为了改进现有锚索抗滑桩计算中存在的不足,将传递矩阵算法应用于锚索抗滑桩结构内力计算。推导了适合抗滑桩计算的场矩阵和点矩阵,能够完成普通抗滑桩、桩顶作用集中荷载以及桩身有多个受力分段的抗滑桩内力计算,再结合具体的不同点矩阵形式,可以完成预应力锚索抗滑桩内力计算。根据预应力锚索抗滑桩的工作原理,给出了不同受力阶段的传递矩阵计算式。最后,通过具体的计算实例对预应力锚索抗滑桩不同受力阶段的内力和位移进行了计算分析,结果表明,在锚索预应力作用下,受荷段出现较大的剪力和弯矩,位移较小;进入变形协调阶段后,滑面处和锚固段的剪力明显增加,锚固段出现较大弯矩,桩顶出现向前的位移。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;（2）对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

基于强度折减法的顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性分析

将非线性有限元分析和极限分析相结合形成强度参数折减有限元法,可以灵活地分析强度不均匀顺层路堑边坡支护结构稳定性问题。将岩体力学理论、非线性有限元分析技术和强度折减系数法相结合,对顺层岩体路堑边坡稳定性进行分析。在对密集假设节理有限元模拟中,假设节理在岩体内连续分布,采用连续介质力学方法建立密集分布节理岩体材料模型。采用强度折减系数法计算岩体结构安全系数,建议采用给定的岩体强度参数计算节理岩质边坡开挖、支护完毕后的内力,再逐渐降低岩体强度参数进行岩体边坡非线性有限元分析,直至岩体边坡达到极限状态,从而求出岩质边坡安全系数。采用该方法对渝怀铁路梅江河右岸DK409+989.4～DK410+020段顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性进行分析,分析结果表明：采用土钉墙支护后的节理边坡塑安全系数为2.3,支护后的岩质边坡处于稳定状态;土钉墙潜在破裂面为岩体弹性区和塑性区的交界面,与测试得到的各排土钉拉力最大值位置一致。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

光栅测试技术在顺层边坡降雨模型试验中的应用研究

针对顺层边坡降雨模型试验中的监测元器件易失效和支挡结构受力测试困难等问题,尝试采用光纤光栅技术解决以上问题。在推导不同光纤光栅传感器测试原理公式的基础上,结合光纤布拉格光栅(FBG)自主研发了相应的测试元件。在前期研究的基础上,分别构建倾角为40°的有、无支挡顺层边坡开展降雨模型试验,并对坡体位移、框架锚杆和抗滑桩受力等物理力学量的降雨发展特征开展监测。结果表明,基于光纤光栅技术的测试元器件在降雨等恶劣工作环境下仍能够保持较好的工作特性。在降雨过程中大倾角无支挡顺层边坡易发生层间错动现象,但对其施加支挡结构之后,不仅位移变化模式由陡变型转化为缓变型,且层间错动现象得到了控制。降雨过程中边坡支挡结构内力增长速率较快位置由后部逐渐向前部及深部转移,雨后顶层框锚结构内力增长不大,底层锚杆和抗滑桩内力在雨后仍有一定幅度的增长,且在降雨结束后2 h左右才达到稳定状态,可据此确定降雨工况下顺层边坡重点监控的部位及时间。研究成果为顺层边坡模型试验监测及降雨工作特性评估提供了新的思路和方法。     

力法计算锚索抗滑桩内力分担比及其应用

锚索抗滑桩为常用的滑坡治理支护结构,抗滑桩锚固于滑动面以下岩土体中,锚索可视为多余约束,因此锚索抗滑桩为多次超静定结构。结构力学力法作为求解超静定结构的基本方法之一,以锚索拉力为基本未知量,综合考虑平衡条件、变形条件、物理条件求解锚索轴力,从而进一步确定锚索与抗滑桩各自分担的滑坡推力比例。文中以具体滑坡工程实例,采用力法求解锚索、抗滑桩结构内力,并建议锚索与抗滑桩的荷载分担比初步可按照30%～40%估算。     

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。