公路滑坡加固預(yù)應(yīng)力錨索受力分析研究

陳 彬

公路滑坡加固預(yù)應(yīng)力錨索受力分析研究

陳 彬

（四川省交通運輸廳交通勘察設(shè)計研究院 610000）

針對公路滑坡預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)措施，結(jié)合實例，在明確滑坡地質(zhì)特性與危害的基礎(chǔ)上，采用有限元方法，研究預(yù)應(yīng)力錨索的作用機理和受力狀態(tài)，旨在為切實做好公路滑坡加固處理提供可靠的理論依據(jù)。

公路滑坡；滑坡加固；預(yù)應(yīng)力錨索；受力分析

公路滑坡段的存在嚴重威脅行車安全，雖然投入大量成本進行修復(fù)與保通，但泥石流、落石與崩塌等災(zāi)害依然時有發(fā)生，導(dǎo)致滑坡成為限制交通事業(yè)發(fā)展主要瓶頸之一。由此可見，采取有效的滑坡加固技術(shù)提高滑坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，為確保加固措施有效性，還需分析、掌握加固受力狀況。對此，本文結(jié)合公路滑坡實例，圍繞其地質(zhì)特性與危害，研究錨索加固受力，具體內(nèi)容如下。

1、滑坡地質(zhì)特性與危害

1.1地質(zhì)特性

某滑坡群變形體以成群形式分布，根據(jù)野外勘查，在長度為3km的區(qū)域中，共存在滑坡30處，其中，已造成實際病害的有6處?，F(xiàn)將具有一定代表性2號滑坡作為研究對象，對其地質(zhì)特性進行分析：此滑坡分布于堆積物厚度較大的區(qū)域，由于堆積物的力學性質(zhì)偏差，因此由其形成的邊坡穩(wěn)定性也較差；滑坡分布于公路周邊斜坡的中部及下部，除遭受水體切割作用，該區(qū)域還是徑流活躍帶。

1.2滑坡危害

（1）坍塌。滑坡在開始滑動以后，會形成高度為200m左右的側(cè)壁與后壁，坡度可達50°以上，加之受到降水與地下水的作用，沖洪積土無法保持邊坡原外形，進而造成坍塌。

（3）泥石流。滑坡在開始滑動以后，滑體物質(zhì)不斷分解，加之受到降雨作用影響，導(dǎo)致坡體表面達到飽水狀態(tài)，此時地下水的切割與侵蝕作用加劇，促使泥石流危害產(chǎn)生。目前，在滑體的表面已經(jīng)形成了沖溝，其最大深度可達30m。在沖溝的兩邊與溝頭處，還存在很多坍塌體，雨季時沖溝泥石流時常發(fā)生。

2、加固受力分析

2.1計算原理

對于巖土介質(zhì)而言，彈塑性為瞬時特征主要表現(xiàn)。在土體承受載荷增至某量級后，巖土介質(zhì)必將產(chǎn)生變形[1]。變形產(chǎn)生后，巖土體還將發(fā)生非線性的應(yīng)力應(yīng)變變化。根據(jù)相關(guān)理論可得，基于變形條件的巖土體應(yīng)力和應(yīng)變主要保持以下關(guān)系：

式（1）中，l代表加載準則，如果l>0，則h(l)=0；如果l≤0，則h(l)=1。[De]代表彈性矩陣。[DP]代表塑性矩陣。

在不考慮巖土體自身硬化特性以后，可對應(yīng)變進行簡化。同時采取塑性勢函數(shù)實施計算，計算公式為：

式（2）中，H代表硬化函數(shù)；Q代表塑性勢函數(shù)；f代表屈服函數(shù)。f在上式中主要使用摩爾庫倫屈服法則，摩爾庫倫屈服法則表達式為：

水利非稅收入是水利投入的主要組成部分和重要來源，2011年，遼寧省市縣水利非稅收入36.4億元，其中19.8億元用于水利工程建設(shè)和管理，使用率僅為54.4%。

表1 滑面計算參數(shù)取值

2.2計算基本假設(shè)

（1）在斷面上隨機選取寬度為1.0m的巖土條，將其作為計算分析斷面，不考慮兩則磨阻影響。

（2）認為滑坡體和填充體均為各項同性的均質(zhì)、連續(xù)介質(zhì)。

2.3計算參數(shù)

定量計算與推力評估過程中，需重點考慮抗剪強度參數(shù)。實際情況根據(jù)測量數(shù)據(jù)實施對比與分析，以此選取最佳參數(shù)。一般而言，塊體滑坡可分成三大部分，即為主滑段、抗滑段和牽引段。對此，應(yīng)按照不同滑坡段對應(yīng)的強度特性參數(shù)開展計算。

2.4錨索加固作用分析

計算二維有限元時，可對錨索使用錨桿、梁進行模擬。錨桿主要承受拉力，如果滑坡滑動面與錨桿之間的角度較小，則錨桿主要起到降低滑動力的作用。相反，如果滑坡滑動面與錨桿之間的角度較大，則起到增大抗滑力作用[2]。

實際操作中，由于受到地形地勢、滑坡滑動面頻繁起伏等因素的影響，通常很難保證所有錨索與滑坡滑動面都保持最佳夾角?；诖耍^索除拉力外，還存在一定剪力與彎矩。對此，若依然按照傳統(tǒng)方式進行計算，將造成很大的偏差。

為驗證以上推理，選定一處典型端面實施對比計算。從計算結(jié)果中可以看出，若按錨桿單元計算，則下部錨索將存在拉力作用，中部錨索不受力，上部錨索部分受力；若按梁單元計算，則除了存在軸向力，還涉及彎矩與剪力，這一現(xiàn)象在潛在滑動面的周圍更為明顯，說明采用梁單元計算較為合理。由此可見，實際計算中將錨索看作梁單元更為合理。

根據(jù)上述分析結(jié)果可得：

（1）錨索上存在剪切力、彎矩與軸向力，受力條件復(fù)雜。

（2）填土、擋板與錨索一同進行施工時，錨索和擋板之間的接觸面會產(chǎn)生一定剪力，并在填土的底層產(chǎn)生剪力；為避免這一問題的產(chǎn)生，應(yīng)采取“先填后錨”方法，所以相關(guān)人員要對施工順序給予足夠重視[3]。

（3）先對錨板與填土進行施工，然后再進行錨索施工。在這一施工模式下，錨索剪力與拉力不會超出標準設(shè)計值。

（4）由于未能對錨索預(yù)應(yīng)力實施模擬，所以軸力計算結(jié)果和實際相比普遍較小，而彎矩與剪力則偏大。

結(jié)束語

滑坡錨固效果與滑坡穩(wěn)定性息息相關(guān)，借助有限元方法能對滑坡的錨索加固實施全面分析和計算。為便于計算，確保計算準確性，可采用梁單元計算取代錨桿單元計算，通過計算可知：梁單元計算能更好的滿足受力特性，也更貼近工程實際。與此同時，還將滑坡的內(nèi)部應(yīng)力作為切入點，深入分析了錨索加固機理、效應(yīng)和成果，得出切實有效的加固方式。從實際效果看，本滑坡所用錨索加固系統(tǒng)合理可行，可為類似滑坡提供借鑒和參考。

[1]劉聰,冷艷秋,胡高社,毛彥龍,董秀坤.川藏公路滑坡加固預(yù)應(yīng)力錨索受力分析研究[J].災(zāi)害學,2014,10(01):25-29.

[2]戴自航,石金華,盧才金.預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固滑坡的穩(wěn)定性數(shù)值分析[J].鐵道科學與工程學報,2014,11(03):9-16.

[3]歐陽旭.預(yù)應(yīng)力錨索-框架梁和錨索-抗滑樁聯(lián)合加固技術(shù)在高速公路滑坡工程中的應(yīng)用探討[J].中外建筑,2015,11(02):122-124.

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