考慮錨索腐蝕性能退化的邊坡可靠度分析

蔣水華，魏博文，李 聰

(1.南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院，南昌 330031；2.長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010)

考慮錨索腐蝕性能退化的邊坡可靠度分析

蔣水華1，魏博文1，李 聰2

(1.南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院，南昌 330031；2.長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010)

錨索因材料腐蝕引起性能退化對高邊坡穩(wěn)定具有重要的影響。為識別錨索腐蝕條件下的2種典型破壞模式,建立了相應(yīng)的錨索錨固力時變模型。以錦屏一級左岸壩肩邊坡代表性的Ⅱ1-Ⅱ1剖面為例，探討了邊坡開挖至1 780 m高程時3層抗剪洞和預(yù)應(yīng)力錨索全部生效后3種工況下左岸壩肩邊坡穩(wěn)定性及可靠度的演化規(guī)律。結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕作用對邊坡穩(wěn)定性及可靠度均具有重要的影響，錨索服役前期(120 a)邊坡安全系數(shù)和失效概率變化相對較小，后期安全系數(shù)和失效概率變化幅度急劇增大，邊坡穩(wěn)定性條件迅速惡化。因此需要定期對處于腐蝕環(huán)境中在役預(yù)應(yīng)力錨索等錨固結(jié)構(gòu)進行合理的維護。此外，邊坡可靠度分析有效地考慮了巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)變異性及互相關(guān)性對邊坡穩(wěn)定性的影響。

預(yù)應(yīng)力錨索；錨索腐蝕性能；錦屏一級水電站；錨固邊坡；可靠度

1 研究背景

預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿等加固技術(shù)自1964年首次成功地應(yīng)用于壩基加固以來，目前已在錦屏一級水電站、三峽永久船閘等高邊坡工程加固中得到了廣泛應(yīng)用。然而，高邊坡服役過程中的巖體蠕變變形、錨索松馳和腐蝕、注漿體結(jié)構(gòu)劣化等因素都將造成錨索預(yù)應(yīng)力損失[1]。尤其是預(yù)應(yīng)力錨索等錨固結(jié)構(gòu)長期處于不利的運行環(huán)境中，如地下水豐富并富含大量對金屬有較強腐蝕性的物質(zhì)，致使預(yù)應(yīng)力錨索材料容易發(fā)生腐蝕，在高應(yīng)力作用下遭受應(yīng)力腐蝕作用而發(fā)生氫脆破壞，嚴重時甚至斷裂，最終會造成邊坡變形加劇、穩(wěn)定性條件惡化，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故[2]。盡管預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕問題目前逐步得到了國內(nèi)外學(xué)者的重視，如高大水等[3]結(jié)合三峽船閘高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的地下環(huán)境系統(tǒng)研究了錨索耐久性問題。鄭靜等[4]通過錨索腐蝕室外試驗研究了強腐蝕環(huán)境條件下錨索的腐蝕情況、腐蝕速率、力學(xué)性能隨時間的變化規(guī)律。曾輝輝等[5]以強腐蝕環(huán)境土為介質(zhì)，對預(yù)應(yīng)力錨索裸筋以及有注漿缺陷的錨索試件進行了室外腐蝕試驗，并研究了錨索外觀腐蝕狀況和腐蝕后的鋼絞線力學(xué)性能的變化特性。Li等[6]通過長期硫酸鹽干濕循環(huán)下錨索結(jié)構(gòu)腐蝕試驗研究了圍巖約束條件下硫酸鹽對錨索漿體的腐蝕及腐蝕后的錨固受力過程。但是，國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕率模型以及對腐蝕條件下錨索破壞模式的研究相對較少。

另一方面，相比于主要用于高邊坡表部加固的預(yù)應(yīng)力錨桿，大規(guī)模深埋預(yù)應(yīng)力錨索的安全性能對保障高邊坡的穩(wěn)定性更為關(guān)鍵，換言之預(yù)應(yīng)力錨索體系服役性能好壞對高邊坡穩(wěn)定性有著更直接的影響。盡管目前關(guān)于錨索體系失效對高邊坡穩(wěn)定性的影響研究取得了一定的進展，如許明等[7]通過模型試驗研究了單錨及群錨失效對邊坡穩(wěn)定性與失穩(wěn)形態(tài)等方面的影響，李英勇等[8]研究了預(yù)應(yīng)力錨索失效機制及其對邊坡穩(wěn)定性的影響，鄭筱彥等[9]通過數(shù)值模擬研究了錨索失效對其他錨索以及邊坡穩(wěn)定性的影響，Zheng等[10]研究了錨索布置和抗剪洞失效對我國西南地區(qū)某水電站錨固高邊坡地震穩(wěn)定性的影響，但是，關(guān)于腐蝕條件下錨索性能退化對高邊坡穩(wěn)定性及其可靠度影響方面的研究少見報道。

為了探討錨索腐蝕作用對邊坡穩(wěn)定性的影響，本文首先識別了錨索腐蝕條件下2種典型的錨索破壞模式，建立了相應(yīng)的錨索錨固力時變模型。以錦屏一級左岸壩肩邊坡代表性的Ⅱ1-Ⅱ1剖面為例，研究了邊坡開挖至1 780 m高程時3層抗剪洞和預(yù)應(yīng)力錨索全部生效后3種(天然、地下水和地震)工況下左岸壩肩邊坡穩(wěn)定性及可靠度的演化規(guī)律。

2 腐蝕條件下錨索破壞模式分析

2.1 錨索腐蝕率

國內(nèi)外直接對預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕率模型研究的較少，本文借鑒牛荻濤[11]和洪海春等[12]根據(jù)一般大氣環(huán)境下快速腐蝕試驗數(shù)據(jù)和大量工程檢測結(jié)果，并考慮一般大氣環(huán)境與預(yù)應(yīng)力錨索周圍介質(zhì)環(huán)境的差異對腐蝕速率的影響，依據(jù)各因素和鋼絞線腐蝕深度的關(guān)系所建立鋼筋銹蝕率模型。在修正系數(shù)和參數(shù)的取值方面作一些合理的規(guī)定，得到錨索鋼絞線的均勻腐蝕率icor計算表達式，即

(1)

式中：kcr為錨索體位置修正系數(shù)；kce為環(huán)境條件修正系數(shù)；T為環(huán)境溫度(℃)；RH為環(huán)境相對濕度；dc為錨索握裹層厚度(m)；σc為注漿體抗壓強度(kPa)。

(2)

需要指出的是，工程實際中預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕量通常隨時間延長而增加，而腐蝕率卻隨著時間的延長而逐漸減小，最終趨向于達到恒定速率。直接對式(2)進行積分便可得到錨索鋼絞線服役t年所累積的腐蝕量Δd(m)，即

(3)

在預(yù)應(yīng)力錨索服役過程中，主要存在2種與腐蝕作用相關(guān)的錨索破壞模式[14]：錨索自由段屈服破壞模式和錨索內(nèi)錨固段錨索與注漿體界面的黏結(jié)破壞模式。這2種與腐蝕相關(guān)的錨索破壞模式，直接決定錨索為邊坡加固提供的錨固力大小，從而進一步影響高邊坡的變形與穩(wěn)定性。

2.2 錨索自由段屈服破壞模式

錨索在腐蝕作用下首先會減小鋼絞線橫截面積，由惠云玲等[15]腐蝕鋼筋性能試驗研究成果可知，當鋼筋或鋼絞線截面腐蝕率超過5%時，由于受截面外邊緣微坑蝕引起應(yīng)力集中作用的影響，鋼筋或鋼絞線屈服強度會降低。根據(jù)Du等[16]可建立錨索自由段屈服抗力時變函數(shù)為

(4)

式中：T0為錨索初始預(yù)應(yīng)力(kN)；α為經(jīng)驗系數(shù)，按照Du等[16]，α取為0.005；Xp(t)為錨索服役至第t年時的質(zhì)量腐蝕比率，即錨索鋼絞線被腐蝕掉的質(zhì)量與初始質(zhì)量的比值，假設(shè)錨索鋼絞線在均勻腐蝕作用下保持密度不變，Xp(t)的計算表達式為

(5)

式中db為錨索體等效直徑。

2.3 內(nèi)錨固段錨索與注漿體界面黏結(jié)破壞模式

錨索腐蝕作用同樣會影響內(nèi)錨固段錨索與注漿體界面的黏結(jié)強度。本文將注漿體開始被脹裂時刻作為界面黏結(jié)強度分析初始時刻，根據(jù)Li等[17]可得錨索與注漿體界面黏結(jié)抗力時變函數(shù)為

(6)

式中：La為錨索內(nèi)錨固段長度；τb0為錨索與注漿體界面的初始黏結(jié)強度(kPa)；R(t)為腐蝕作用下錨索與注漿體界面黏結(jié)強度的時變衰減系數(shù)。其中Bhargava等[18]提出了腐蝕作用下鋼筋混凝土界面黏結(jié)強度衰減的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并且通過大量的鋼筋拉拔試驗驗證了該模型的正確性。本文借鑒該模型近似表征錨索與注漿體界面黏結(jié)強度的衰減關(guān)系，界面黏結(jié)強度時變衰減系數(shù)R(t)為

(7)

綜上，可以得到預(yù)應(yīng)力錨索為邊坡加固所能提供的時變錨固力T(t)為

(8)

3 錦屏一級左岸壩肩邊坡可靠度分析

3.1 計算模型

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流上的重要梯級電站，其混凝土雙曲拱壩最大壩高為305 m。壩址左岸邊坡為1 000 m級以上高陡巖質(zhì)邊坡，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，是目前世界上穩(wěn)定性條件最差和開挖支護規(guī)模最大的工程邊坡之一[19-22]。左岸壩肩邊坡的整體穩(wěn)定性主要由以煌斑巖脈X為后緣邊界、f42-9斷層為底滑面、SL44-1深部裂隙為上游邊界組成的潛在滑動大塊體控制[20-21]。為了保證潛在滑動體的整體穩(wěn)定性并適應(yīng)邊坡持續(xù)變形及坡內(nèi)巖體破碎等地質(zhì)特點，工程實際中每完成一個邊坡臺階的開挖，便立即采用大規(guī)模自由式單孔多錨頭防腐型和壓力分散型無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索對邊坡進行加固，其中在高程1 885 m以上及以下分別布置了2 418束和1 535束預(yù)應(yīng)力錨索，以大噸位(拉拔荷載3 000 kN)和超長超深(鉆孔深度達80 m)錨索為主[22]。另外，沿順斷層f42-9走向分別在1 883，1 860，1 834 m高程布置了3層抗剪傳力洞，采用混凝土對拉裂變形體的底滑面進行置換，以提高其底滑面的抗剪強度。計算模型剖面如圖1。

圖1 錦屏左岸壩肩錨固邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面計算模型Fig.1 Model for section Ⅱ1-Ⅱ1 of anchored abutment slope at the left bank of Jinping I Hydropower Station

本文以錦屏一級左岸壩肩邊坡代表性的Ⅱ1-Ⅱ1剖面為例[23-24]，研究邊坡開挖至1 780 m高程，3層抗剪洞和預(yù)應(yīng)力錨索全部施工完成并生效后左岸壩肩邊坡在錨索腐蝕條件下的穩(wěn)定性及可靠度演化規(guī)律，從而為邊坡長期運行安全性預(yù)測與控制提供參考依據(jù)。相比于左岸壩肩實際三維邊坡，邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面的穩(wěn)定性主要受煌斑巖脈X為后緣拉裂面和斷層f42-9為底滑面所構(gòu)成的破壞模式所控制，當邊坡開挖至1780 m高程時，拉裂變形體前沿剪出口阻滑巖體被完全挖除，斷層f42-9在開挖坡面上完全出露，邊坡穩(wěn)定條件惡化，穩(wěn)定性急劇下降。為保證開挖邊坡的穩(wěn)定性，模擬了49排3 000 kN級自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索(DKDF3000)，穿過部分斷層f42-9對開挖邊坡進行加固。同時為了避免群錨引起內(nèi)錨固段附近深部巖體發(fā)生拉裂破壞，采用不同長度預(yù)應(yīng)力錨索相間布置的方法來改善該區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)，錨索長度分別為40，60，80 m，按間排距為4 m×4 m進行布置。邊坡代表性Ⅱ1-Ⅱ1剖面的加固模型如圖1所示。圖2給出了圖1中邊坡1 885 m高程以上30 m開挖臺階的7排3 000 kN級預(yù)應(yīng)力錨索加固示意圖，圖2中標出了錨索自由段和內(nèi)錨固段的位置，分別對應(yīng)于圖1中錨索靠近錨頭的較細部位和遠離錨頭的較粗部位。

圖2 邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面預(yù)應(yīng)力錨索加固示意圖Fig.2 Diagram of pre-stressed cables reinforcement at section Ⅱ1-Ⅱ1 of the slope

3.2 巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)

根據(jù)錦屏一級壩基巖體質(zhì)量分級建議值[19]和現(xiàn)場試驗結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)試驗、測試資料得到的巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)如表1所示[19-21]，左岸壩肩邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面自1 650至2 070 m高程中各類巖體及結(jié)構(gòu)面的相互位置關(guān)系見圖1。

表1 巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)[19-21]Table 1 Mechanical parameters of rock masses and structural planes[19-21]

3.3 預(yù)應(yīng)力錨索與注漿體力學(xué)參數(shù)

錦屏一級左岸壩肩邊坡主要采用的3 000 kN級預(yù)應(yīng)力錨索是由19根φ15.24 mm的1 860 MPa級鋼絞線組成，其中鋼絞線屈服強度為1 860 MPa，公稱截面積為3 465.79 mm2，彈性模量為180 GPa[25]。假設(shè)每排預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨固段長度La均相同，取12 m，錨索設(shè)計使用壽命均為200 a。對于水利水電工程高邊坡，通過式(1)計算錨索腐蝕率時，一般情況下建議錨索體位置修正系數(shù)kcr取為1.0，環(huán)境條件修正系數(shù)kce取為4.0[12]。此外，環(huán)境溫度取年平均溫度，約10 ℃；環(huán)境相對濕度取100%。

表2 黏聚力和內(nèi)摩擦角的隨機變量統(tǒng)計特征[23-24]Table 2 Statistical properties of random variables[23-24]

預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中內(nèi)錨固段采用棗核狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)錨固段與張拉自由段采用止?jié){環(huán)隔開，并分2期灌注水泥漿。錨索內(nèi)錨固段采用R350(7 d)水泥漿，張拉自由段采用R350(28 d)水泥漿[3]。根據(jù)文獻[26]，錨孔孔深分別取為40,60,80 m，孔徑為165 mm，錨索等效直徑為110 mm，相應(yīng)的錨索握裹層厚度dc為27.5 mm，注漿體抗壓強度σc(28 d)為35.0 MPa，抗拉強度σt為3.5 MPa，抗壓彈性模量E為19.5 GPa，泊松比ν為0.2。根據(jù)文獻[27]，內(nèi)錨固段注漿體與鋼絞線的初始黏結(jié)強度τb0(7 d)取為1.83 MPa。

3.4 邊坡可靠度分析結(jié)果

將上述計算參數(shù)代入式(4)、式(6)和式(8)，便可得到腐蝕作用下錨索為邊坡加固所提供的時變錨固力。圖3給出了錨索錨固力隨錨索服役時間的變化關(guān)系曲線。

圖3 錨索錨固力隨錨索服役時間的變化關(guān)系Fig.3 Variation of anchored force of each pre- stressed cable with service time of pre-stressed cables

由圖3可見，錨索服役前期(約前120 a)，錨索張拉自由段屈服抗力小于內(nèi)錨固段錨索與注漿體界面的黏結(jié)抗力，此時錨索錨固力T等于自由段屈服抗力T1，自由段錨索的腐蝕作用對邊坡穩(wěn)定性的影響更大；服役后期由于內(nèi)錨固段界面黏結(jié)抗力小于錨索自由段屈服抗力，錨索錨固力T等于內(nèi)錨固段界面黏結(jié)抗力T1，故此時內(nèi)錨固段錨索的腐蝕作用對邊坡穩(wěn)定性的影響開始變得更大。此外，錨索服役前期錨固力變化較小，僅由3 000 kN減小到2 793.6 kN。相比之下，錨索腐蝕后期由于注漿體被脹裂，周圍水分、硫酸根和氯離子等侵蝕物質(zhì)進入錨索表面進一步加劇了錨索腐蝕作用，使得錨索與注漿體界面黏結(jié)強度明顯降低，進而錨索錨固力急劇減小，由2 793.6 kN減小到1 321.2 kN。

下面考慮3種工況對錦屏一級左岸壩肩邊坡穩(wěn)定性進行可靠度分析：①天然工況，假設(shè)地下水位埋深較深，在邊坡潛在滑動面以下；②地下水工況，考慮邊坡左右兩側(cè)地下水位分別為1 960 m和1 880 m(水庫正常蓄水位)；③地震工況，考慮50 a超越概率為10%的基巖地震峰值加速度為0.1g的VII度地震，即水平地震加速度系數(shù)kh=0.1。此外，為探討錨索腐蝕作用下左岸壩肩邊坡穩(wěn)定可靠度的演化規(guī)律，將圖1左岸壩肩邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面中與變形拉裂體相關(guān)的巖體及結(jié)構(gòu)面(巖體Ⅲ2，Ⅳ1，Ⅳ2以及煌斑巖脈X和斷層f42-9)的抗剪強度參數(shù)黏聚力和內(nèi)摩擦角分別視作隨機變量，并考慮它們相互之間的互相關(guān)性[23,28]，互相關(guān)系數(shù)ρc1,φ1=ρc2,φ2=ρc3,φ3=ρc4,φ4=ρc5,φ5均為-0.3[28]，這10個隨機變量的統(tǒng)計特征如表2所示，其余參數(shù)均視作常量。然后，分別采用5萬次抽樣的蒙特卡洛模擬(MCS)方法結(jié)合簡化畢肖普法[29]計算邊坡的安全系數(shù)FS及失效概率，其中可靠度計算中功能函數(shù)G=FS-1.0。

圖4 邊坡安全系數(shù)和失效概率隨錨索 服役時間變化關(guān)系Fig.4 Variations of factor of safety and probability of failure with service time of pre-stressed cables

圖4中的(a)和(b)分別給出了3種工況下邊坡安全系數(shù)和失效概率隨錨索服役時間的變化關(guān)系曲線?？梢娨蚋g條件下錨索2種代表性破壞模式的相互作用，錨索服役前期(約120 a)，邊坡安全系數(shù)和失效概率變化相對較小，然而服役后期安全系數(shù)和失效概率的變化幅度均明顯增加，邊坡迅速接近失穩(wěn)。如對于天然工況而言，錨索剛開始服役時邊坡安全系數(shù)為1.258，相應(yīng)的失效概率為2.19×10-4，滿足邊坡穩(wěn)定性條件。相比之下，當預(yù)應(yīng)力錨索服役200 a，期間如不對錨固結(jié)構(gòu)采取任何維護措施，邊坡安全系數(shù)將減小至0.885，失效概率將急劇增加到98.8%，此時邊坡穩(wěn)定性條件非常差，幾乎失穩(wěn)。此外由圖4可知，相比于天然工況，地下水和地震工況下邊坡的失穩(wěn)概率大大增加，邊坡服役壽命及安全性能明顯降低。因此，需要定期對處于腐蝕環(huán)境中的在役預(yù)應(yīng)力錨索等錨固結(jié)構(gòu)進行合理的維護，比如及時對銹蝕脹裂的錨固體進行補強，更換已腐蝕損壞的預(yù)應(yīng)力錨索等。

4 結(jié) 論

本文以錦屏一級左岸壩肩邊坡代表性的Ⅱ1-Ⅱ1剖面為例，研究了邊坡開挖至1 780 m高程時3層抗剪洞和預(yù)應(yīng)力錨索全部生效后3種工況下考慮錨索腐蝕作用的左岸壩肩邊坡穩(wěn)定性及可靠度的演化規(guī)律。主要結(jié)論如下：

(1) 邊坡可靠度分析可以有效地考慮巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)的變異性及互相關(guān)性對邊坡穩(wěn)定性的影響。基于蒙特卡洛模擬方法可以有效地實現(xiàn)考慮預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕作用的邊坡時變可靠度分析。

(2) 預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕作用對邊坡穩(wěn)定性及可靠度均具有重要的影響，如錨索服役前期(約120 a)，文中邊坡Ⅱ1-Ⅱ1剖面安全系數(shù)和失效概率變化相對較小，服役后期安全系數(shù)和失效概率變化幅度急劇增大，邊坡迅速接近失穩(wěn)。因此，需要定期對處于腐蝕環(huán)境中的在役預(yù)應(yīng)力錨索等錨固結(jié)構(gòu)進行合理的維護。

(3) 以錦屏一級左岸壩肩邊坡二維模型為例進行了可靠度分析，沒有考慮巖體側(cè)滑面的抗剪作用，以及開挖坡面上縱橫向網(wǎng)格梁、豎向聯(lián)系梁的聯(lián)合加固作用，計算結(jié)果偏于保守。此外，預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力腐蝕和坑蝕作用也有待進一步研究。

[1] 丁多文, 白世偉, 羅國煜. 預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體的應(yīng)力損失分析[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報, 1995, 3(1): 65-69.

[2] XANTHAKOS P P. Ground Anchors and Anchored Structures[M]. New York: John Wiley and Sons, 1991.

[3] 高大水, 吳海斌, 王 莉. 三峽船閘高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索耐久性研究[J]. 巖土力學(xué), 2005, 26(增2): 126-130.

[4] 鄭 靜, 曾輝輝, 朱本珍. 腐蝕對錨索力學(xué)性能影響的試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2010, 29(12): 2469-2474.

[5] 曾輝輝, 朱本珍, 高志華. 強腐蝕環(huán)境下錨索強度指標及表觀特性試驗研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報, 2011, 9(2): 48-53.

[6] LI F, LIU Z, ZHAO Y,etal. Experimental Study on Corrosion Progress of Interior Bond Section of Anchor Cables under Chloride Attack[J]. Construction and Building Materials, 2014, 71: 344-353.

[7] 許 明, 唐樹名, 李 強, 等. 單錨及群錨失效對邊坡穩(wěn)定性影響的模型試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2007, 26(增1): 2755-2760.

[8] 李英勇, 張頂立, 張宏博, 等. 邊坡加固中預(yù)應(yīng)力錨索失效機制與失效效應(yīng)研究[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(1): 144-150.

[9] 鄭筱彥, 夏元友. 群錨對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報: 交通科學(xué)與工程版, 2011, 35(2): 275-279.

[10]ZHENG W, ZHUANG X, CAI Y. On the Seismic Stability Analysis of Reinforced Rock Slope and Optimization of Prestressed cables[J]. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 2012, 6(2): 132-146.

[11]牛荻濤. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測 [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2003.

[12]洪海春, 徐衛(wèi)亞. 全長粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索銹脹開裂時服務(wù)年限研究[J]. 巖土力學(xué), 2008, 29(4): 949-953.

[13]曾憲明, 雷志梁, 張文巾,等. 關(guān)于錨桿“定時炸彈”問題的討論——答郭映忠教授[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2002, 21(1): 143-147.

[14]范宇潔, 鄭七振, 魏 林. 預(yù)應(yīng)力錨索錨固體的破壞機理和極限承載能力研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2005, 24(15): 2765-2769.

[15]惠云玲, 林志伸. 銹蝕鋼筋性能試驗研究分析[J]. 工業(yè)建筑, 1997, 27(6): 10-13.

[16]DU Y G, CLARK L A, CHANA H C. Residual Capacity of Corroded Reinforcing Bars[J]. Magazine of Concrete Research, 2005, 57(3): 135-147.

[17]LI L, LIANG R Y, LIU H. System Reliability Analysis for Anchor-stabilised Slopes Considering Stochastic Corrosion of Anchors[J]. Structure and Infrastructure Engineering, 2015, 11(10): 1294-1305.

[18]BHARGAVA K,GHOSH A K,MORI Y,etal.Corrosion-induced Bond Strength Degradation in Reinforced Concrete: Analytical and Empirical Models[J]. Nuclear Engineering and Design, 2007, 237(11): 1140-1157.

[19]國家電力公司成都勘測設(shè)計研究院. 雅礱江錦屏一級水電站可行性研究報告(3): 工程地質(zhì)[R]. 成都: 國家電力公司成都勘測設(shè)計研究院，2003.

[20]漆祖芳,姜清輝,唐志丹,等. 錦屏一級水電站左岸壩肩邊坡施工期穩(wěn)定分析[J]. 巖土力學(xué),2012, 33(2): 531-538.

[21]蔣水華, 李典慶, 黎學(xué)優(yōu), 等. 錦屏一級水電站左岸壩肩邊坡施工期高效三維可靠度分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2015, 34(2): 349-361.

[22]王繼敏, 段紹輝, 胡書紅. 錦屏一級水電站左岸壩肩復(fù)雜地質(zhì)條件高陡邊坡處理[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2012, 31(8): 1597-1605.

[23]TANG X S, LI D Q, CHEN Y F,etal. Improved Knowledge-based Clustered Partitioning Approach and Its Application to Slope Reliability Analysis[J]. Computers and Geotechnics, 2012, 45: 34-43.

[24]蔣水華, 李典慶, 周創(chuàng)兵. 基于拉丁超立方抽樣的邊坡可靠度分析非侵入式隨機有限元法[J]. 巖土工程學(xué)報, 2013, 35(增2): 70-76.

[25]李 寧, 張 鵬, 于 沖. 邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固的數(shù)值模擬方法研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2007, 26(2): 254-261.

[26]洪海春. 邊坡巖體錨固性能研究及其工程應(yīng)用[D]. 南京:河海大學(xué), 2007.

[27]趙樹光. 巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿(索)應(yīng)力分布規(guī)律及工程應(yīng)用研究[D]. 南京:河海大學(xué), 2007.

[28]HOEK E. Practical Rock Engineering[M]. https:∥www.rocscience.com/documents/hoek/corner/Practical-Rock-Engineering-Full-Text.pdf, 2007.

[29]BISHOP A W.The Use of Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes[J].Géotechnique,1955,5(1):7-17.

(編輯：王 慰)

Slope Reliability Analysis Considering Corrosion-induced Degradationof Cables’ Performance

JIANG Shui-hua1，WEI Bo-wen1，LI Cong2

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang 330031, China;2.Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China)

Degradation of pre-stressed cable’s performance caused by corrosion has significant effect on slope stability. In this research, two typical failure modes of pre-stressed cables in the presence of corrosion are identified, and the corresponding time-dependent anchored force models are established. The representative section Ⅱ1-Ⅱ1of abutment slope at the left bank of Jinping I-stage Hydropower Station is taken as an example to illustrate the time-dependent slope stability and reliability of the slope excavated to elevation 1780 m and reinforced with three shear-resistant concrete plugs and pre-stressed cables under three conditions. Results indicate that the corrosion of pre-stressed cables has significant effect on both the stability and reliability of anchored slope. In the early stage (the first 120 years) of cable’s service life, the variations in the factor of safety and probability of slope failure are relatively small; whereas in the later stage, the variations increased sharply and the stability condition deteriorates rapidly. Hence, reasonable periodical maintenance is required for the in-service anchored structures such as pre-stressed cables subject to corrosive underground environments. In addition, the influences of variabilities and cross-correlations of shear strength parameters of rock masses and structural planes on the slope stability can be effectively accounted for in the slope reliability analysis.

pre-stressed cable; cable corrosion; Jinping I-stage Hydropower Station; anchored slope; reliability

2015-12-10；修改日期：2016-01-12

國家自然科學(xué)基金項目(51509125，51409138，51309025)；長江科學(xué)院開發(fā)研究基金項目(CKWV2015222/KY)；巖土力學(xué)與工程國家重點實驗室資助課題(Z016014)；水工巖石力學(xué)教育部重點實驗室開放基金項目(RMHSE1505)

蔣水華(1987-)，男，江西九江人，講師，博士，主要從事巖土工程可靠度分析與風(fēng)險控制方面的研究工作，(電話)13627918637(電子信箱)sjiangaa@ncu.edu.cn。

魏博文(1981-)，男，江西九江人，副教授，博士，主要水工結(jié)構(gòu)安全評價方面的研究工作，(電話)13767428612(電子信箱)bwwei@ncu.edu.cn。

10.11988/ckyyb.20151043

2017,34(3):90-95

P642.2

A

1001-5485(2017)03-0090-06