框架锚固类土质边坡预应力传递规律的研究

将框架梁视为刚性梁,从而将锚索集中力转化为加在坡面上的矩形分布力,根据类土质边坡的工程特性,将边坡土体视为弹性体,推导了框架预应力锚索作用下坡体内任一点的预应力传递系数计算方法,得出了锚固预应力自坡面向坡体内的传递规律,并以G323改造工程某实际边坡为原型进行了离心模型试验,得出了预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律,离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合。研究表明,在分布力作用下,类土质边坡岩土体的塑性形变相对于集中力作用时减小很多,坡体更多表现为弹性体,预应力分布系数受预应力大小的影响减小。相对于无框架单锚,框架预应力锚索措施中,锚索引起的高压应力得以很好的分散,压力分布系数由0.90左右降到了0.40左右,压应力集中程度减小约56%,从而在很大程度上减小了边坡浅层土体的压缩变形,减少了预应力损失,有效地提高了锚固效果,锚间距可由单锚的3.2 m增大为4.2 m左右     

基于串联流变模型的锚拉力松弛分析方法

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的锚索-滑床-滑体-坡面抑制件的四体串联式流变模型,推导了锚索拉力松弛的计算方程。实例分析表明：所提出模型的锚索拉力松弛计算值与试验或实测结果的误差小于既有模型的计算误差,计算得到的锚索拉力松弛收敛值的最大计算误差约为11%,松弛历时的最大误差约为10%;锚索拉力松弛率随锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增大,随锚孔间距、滑床和滑体的滞后弹性模量与黏滞系数（尤其初期阶段）的增大呈非线性减弱,而滑床和滑体的瞬时弹性模量、坡面抑制构件的弹性模量均对锚索松弛效应影响很小。所建立的方法可用于定量评估预测预应力锚索加固坡体的锚拉力松弛效应,进而可用于分析锚固边坡长期稳定性。     

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。     

单锚类土质边坡锚固预应力传递规律的研究

在前人理论上推导的基础上,进一步计算了类土质边坡单锚预应力自坡面向坡体内的传递范围,计算了坡体内不同位置处的预应力传递系数,分析得出单锚预应力自坡面向坡体内传递的扩散角为39°左右、合理锚间距为3.2 m左右。以G323改造工程K617段花岗岩风化形成的类土质边坡为原型进行了离心模型试验,在坡体模型内不同位置埋设土压力盒,通过测读土压力盒的读数,得出预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律。离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合,并得出了预应力传递系数与初始锚固预应力有关的结论,认为这主要是因为边坡岩土体产生塑性形变的结果。理论分析和离心模型试验均得出,锚固措施对近坡面处的浅层土体并无明显的加固作用,锚固边坡也必须进行坡面防护。     

向家坝进水口高边坡系统锚杆受力状况研究

向家坝水电站进水口高边坡地质条件较好,坡形较合理,设计拟采用系统锚杆对其进行加固。由于系统锚杆作用的被动性和边坡岩体变形的非均匀性,使得不同位置的锚件的应力出现较大的差别。利用有三维弹黏塑性有限单元法对向家坝进水口边坡中系统锚杆的受力状况进行了模拟和分析,从计算结果可以清晰地看出：边坡岩体不同部位的锚杆受力与被锚岩体的位移变形有一定的关系,而且设计采用的逐步开挖逐步锚固的施工步骤,使得先期锚入的锚杆受力随着后期开挖锚固的进行而逐渐加大。其计算结果为优化设计提供了依据。     

预应力锚索地梁在矿山已变形边坡加固中的应用

岩土锚固是边坡岩土体加固的主要措施。以酒泉钢铁（集团）有限责任公司镜铁山矿黑沟矿区已变形边坡加固工程为例,利用Slide软件进行边坡稳定性分析及支护结构设计计算,对已变形边坡采取预应力地梁锚固+坡顶防渗排水+主、被动网防护+随机锚固的综合治理工程措施,阐明了高边坡预应力锚索地梁的一般程序与方法。实践表明,采用以预应力锚索地梁为主的综合防治措施,对已变形高边坡的变形控制和支护效果较好。     

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。     

OVM锚固体系在长城居庸关边坡加固中的应用

本文通过对长城居庸关边坡的稳定性分析，采用喷锚方法对边坡表面和浅部进行支护；同时，采用预应力锚索对边坡深部进行加固。作者着重介绍预应力锚索的设计、施工及工艺要点。     

分段锚预应力锚杆加固围岩力学分析

基于端锚锚杆支护的优越性和围岩破坏分区及破坏深度逐步向深部发展的规律,针对煤矿深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均,抗剪切承载能力低,而端锚锚杆无法适应其大变形缺点的问题,建立了两段锚预应力锚杆支护模型。运用理论计算和数值模拟的手段研究了两段锚预应力锚杆锚固段的受力特征和承载能力,并进行了算例对比分析。结果表明:两段锚分区锚固的支护方式明显改变了加长或全长锚固锚杆锚固段的剪应力曲线变化趋势,使原本呈负指数变化趋势的剪应力曲线变得平缓,提高了锚杆锚固段的剪切承载能力;在相同预紧力作用下,与端锚锚杆相比,明显降低了锚杆锚固段的荷载和剪切应力;在不同预紧力下,两段锚预应力锚杆的两锚固段可分别起到围岩不同变形时期端锚锚杆的支护作用,继续发挥端锚支护的优越性。     

锚索框架梁加固平面滑动型边坡地震动力响应

设计并完成了一个缩尺比例为1:20的锚索框架梁加固平面滑动型边坡的振动台试验,通过改变输入地震波类型和峰值,研究了边坡体及支护结构的动力响应特性。试验结果表明：锚固边坡体的整体稳定性较好,地震造成的破坏主要为滑体顶部震碎和无约束坡面岩土体剥蚀、掉块;地震波在经过软弱夹层时存在能量聚集效应,不同地震波下滑体重心处加速度放大系数的差异性随输入地震波峰值的增加而减小;锚索在地震时表现出协同工作的特性,预应力损失最先发生在坡顶,然后向坡体中下部转移;在锚索框架梁的抗震设计时,应考虑边坡体上部的加速度放大效应和锚索预应力损失对边坡整体稳定性的影响。试验结果为合理考虑预应力锚索框架梁的抗震设计提供有益的参考。     

顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。     

地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析

稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。     

自适应锚索锚固岩质边坡地震动力响应分析

强震作用下常规锚索往往会因材料变形能力不足导致应力过载而被拉断,一旦锚索失效将直接危及整个锚固结构的安全。为研究自适应锚索的动力响应规律以及在自适应锚索支护下锚固边坡的动力特性,以新型抗震锚索为原型,设计自适应锚索锚固岩质边坡试验模型,并利用振动台试验系统对试验模型进行加载。试验中采用正弦波、天津波、EI波以及Taft波等4种地震波进行研究,监测锚索的应变和边坡动力响应。结果表明：锚索的轴力和地震波幅值、类型、地震激励频率等因素密切相关;锚固边坡坡面加速度及位移沿边坡高程均有不同程度的放大,相对于无锚索支护边坡,锚固边坡坡面加速度和位移峰值均有减小;自适应锚索随着预设滑移恒阻力的不同,锚索会产生不滑移、瞬间滑移、逐步滑移3种工况,对应的锚索应变时程曲线和锚固边坡动力安全系数时程具有显著不同的特征;自适应锚索滑移工况下,滑体的安全系数虽然有局部减小的阶段,但是锚固结构的安全储备较大,可适应边坡大变形和瞬态冲击荷载的作用。试验结果可为强震区路堑边坡的支护和自适应锚索抗震设计提供一定参考。     

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。     

预应力锚索锚固段荷载传递解析算法

锚固是岩体工程增稳的主要措施,对充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩体自身强度和自稳能力有着十分重要的作用。由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固机制、设计理论以及计算方法都不够完善。现有的锚固段荷载传递解析解存在两大难题,一是没有反映锚固段应力变化过程,随着荷载不断加大,接触面是逐渐被破坏,剪应力的峰值将由端口逐渐向内转移;二是在端口处是一个应力奇异点,难以很好地解决。通过对当前多种锚固段荷载传递解析解的适用性及局限性进行分析归纳,指出应将锚固段应力分布划分为弹性、塑性和破坏3个阶段,在不同的阶段应力分布形式不一样,不能一概而论。在此基础上,基于传递系数,针对沿锚固段剪应力呈非均匀性分布形式,提出了一种能反映这3个阶段变化规律的荷载传递解析公式,获得了锚固段剪应力和轴力的分布规律和影响因素。对各解析解方法求出的临界锚固长度进行了算例对比,证实所提算法是合理和有效的。该算法适用于预应力锚索锚固段工程设计。     

高切坡超前支护锚杆作用机制研究

人工高切坡开挖常常导致边坡失稳破坏,甚至诱发滑坡发生,为此提出了高切坡超前锚杆支护的设计新方法。超前支护锚杆能够约束边坡变形和开挖卸荷带的发展,维持边坡的稳定,对超前支护锚杆的作用机制问题进行了研究,阐述了超前支护锚杆的荷载传递特性,为超前支护锚杆设计提供了理论依据。     

类土质边坡锚固特性的试验研究

利用锚索抗拔及预应力损失现场试验方法,测试了岩质边坡和类土质边坡的锚固能力及锚索预应力的损失,并计算得到了不同地层中的粘结强度,绘制出锚固体的荷载-位移曲线。试验结果表明,硬岩地层中仅须锚固2～4 m就能提供近 1 000 kN的锚固力;采用20 %～25 % 的超张拉即能达到锚索设计中锚固力的要求。同时,通过锚索的变形与刚度的分析,为类土质边坡锚固工程的设计提供了合理的刚度参数。     

顺层路堑边坡锚杆支护稳定性的有限元模拟分析

基于理想弹塑性本构模型和Drucker-Prager准则,运用ANSYS软件和有限元数值模拟技术,建立了顺层岩体边坡的有限元分析模型。结合沪蓉国道主干线宜昌至恩施公路白氏坪-榔坪段顺层路堑高边坡工程实例,对顺层岩体路堑边坡布设锚杆支护前后的应力、变形和稳定性进行了模拟分析。分析比较表明,锚杆支护结构可以减小边坡临界状态下的最大位移、增大最危险接触面的摩擦力和提高边坡的稳定性系数,从而能有效地提高边坡的稳定性以防止顺层滑坡的发生。     

基于Barton-Bandis准则的锚固边坡稳定性分析

结合岩石节理面非线性Barton-Bandis破坏准则,探讨了将Barton-Bandis破坏准则参数转化为线性Mohr-Coulomb破坏准则抗剪强度参数的两种常用方法,通过实例分析了各方法的优劣。推导了加锚单岩石节理面控制的平面滑动岩体边坡抗滑稳定性安全系数计算式,开展了锚固参数分析。研究表明：相对于采用等效线性拟合法或切线等效法获取Mohr-Coulomb抗剪强度参数而言,直接应用Barton-Bandis破坏准则计算节理面控制的岩石边坡稳定性更为直观和简便;随着结构面基本摩擦角、结构面粗糙度系数和结构面壁面有效抗压强度的增大,边坡安全系数逐步提高,且结构面基本摩擦角和粗糙度系数对边坡安全系数的影响程度更为显著;锚索锚固力越大,边坡抗滑稳定性越好,而锚索设置角度越大,边坡抗滑稳定性越低,锚索角度设置不当将明显减小锚固效应的有效性。     

辽宁海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统

随着海州露天矿的闭坑,岩体结构越来越弱化,围岩的支承能力越来越小,露天矿边坡处于不稳定状态,具有发生大规模滑坡的潜在危险。根据海州露天矿工程地质条件,边坡形态,稳定状态及监测目的,研发海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统。系统应用GPRS远距离无线传输技术远程主动监测边坡岩体内部应力变化来获取岩体变形特征和滑移信息,实现边坡锚索应力全天候连续自动监测,其采用太阳能进行供电,适用于边坡中、长期监测。通过对海州露天矿边坡监测与边坡稳定性分析的现场应用实践证明,该系统可以对边坡稳态进行实时监测,对边坡滑坡灾害防治具有重要意义。