岩质边坡稳定性及锚喷加固研究.doc

河海大学硕士学位论文岩质边坡稳定性及锚喷加固研究姓名：李隽申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：赵引20060501摘要岩体是一种极为复杂的介质，岩质边坡发生的滑坡受岩体结构、地应力等影响，呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。合理地分析岩质边坡的稳定性，并在此基础上进行加固处理研究是十分迫切的。锚杆喷射混凝土加固技术将喷射混凝土技术和预应力锚杆结合起来，近年来在大型边坡特别是岩质边坡滑坡治理中，得到广泛的应用。本文通过理论分析与数值模拟对岩质边坡的稳定性进行研究，对锚杆喷射混凝土对岩质边坡的加固效果的作了评价和分析。首先，对岩质边坡的失稳破坏的模式进行探讨，用刚体极限平衡法和有限单元法对岩质边坡进行稳定性分析。其次，对锚杆喷射混凝土加固边坡的作用机理进行初步研究，并用刚体极限平衡法计算边坡加固以后的安全系数，同时用数值分析方法，建立锚杆喷射混凝土和岩土体相互作用的有限元分析模型。通过计算边坡稳定安全系数来分析与评价锚杆喷射混凝土对岩质边坡的加固效果。最后，结合工程实例分析总结了两种计算方法理论上的不同之处以及计算结果存在差别的原因，并对锚喷加固效果进行了敏感性分析。通过上述工作，本文取得以下主要成果：(1)刚体极限平衡法在岩质边坡稳定分析中应用最广泛，并有规范与之配套：而有限单元法则能同时考虑平衡条件、变形协调条件和本构关系，使应力应变分析具有正确的力学基础，有助于对边坡变形和破坏机理的分析和研究。(2)研究了锚杆喷射混凝土加固岩质边坡作用机理，认为在岩质边坡工程中，锚杆起压力墙和组合梁的作用，喷射混凝土对岩体除公认的有渗入裂隙的加固作用外，喷射混凝土面层还具有粘结捆绑作用。(3)运用刚体极限平衡斜条分法和非线性有限元法分别计算天然状态和加固以后岩质边坡稳定的安全系数，对比发驴刚体极限平衡法计算出的安全系数比有限元计算出的安全系数略小。关键词：岩质边坡 锚杆喷射混凝土 加固 稳定性 刚体极限平衡 非线性有限元ABSTRACTTerrene is a very complex medium，and the slides of rock slope are influenced by the quality of terrene structures，ground stress，showing various types of damages such as：collapsing，sliding，dumping，buckling，etcRational analysis on the stability of rock slope，and on this basis, toStudy the reinforcement treatment seems to be very urgentRockbolting and Shotcreting technology combines shotcreting technology with prestressed anchor ,and is widely applied in the control over landslides of slopes，especially rock slopesThrough theoretical analysis and numerical simulations，this essay made studies on the stability of rock slope，and the strengthening effects of rock-bolting and shotcreting upon rock slope were evaluated and analysedFirst，buckling collapse models were discussed，and the analysis on the stability of rock slope was carried out through rigid body limit equilibrium method and finite element methodSecondly ,this essay made preliminary studies on the mechanism of reinforcement of slope through rockbolting and shotcreting，and calculated the safety factor after slope reinforcement using rigid body limit equilibrium methodWhile at the same time，through numerical analysis，a finite element dynamic analytical model was established for the interaction between shotcrete and slopeThrough calculating safety factor of slope stability ,the analysis and qualitative evaluation on the reinforcement effect of rockbolting and shotcreting on slopes are carried outFinally ,this essay analyzed and summed up the differences between the two calculation methods and explained the reason why the results of the two calculation methods are differentThen the sensitivity analysis on the effect of the reinforcement effect of rock-bolting and shotcreting was carriedThrough abovementioned work，this paper made the following main results：(1) Recently ,rigid body limit equilibrium method，supporting with the standard，is used most extensively in the analysis of rock slope stability；while finite element method is able to consider about the conditions of equilibrium and harmonious deformation，and the relation of stress and strainThis method is also able to lay a accurate foundation for the stressstrain analysis，useful to research the deformation and failure mechanisms of slope(2)This paper also studied the mechanisms of strengthening rock slope through rock-bolt and shotcrete，and found that in the rock slope works，rock-bolt(anchor)played a role of pressure wall and composite beam，and except the well known infiltrating reinforcement effect to terrene，the surface of shotcrete also functions as adhesive(3)By using rigid body limit equilibrium method and nonlinear FEM，the safety factors of original and reinforced rock slope stability were respectively calculatedThrough comparison ,we found that the safety factor calculated by rigid body limit equilibrium method is a bit smaller than the safety factor calculated by finite element methodKeywords：rock slope，rock-bolting and shotcreting，reinforcement，stability，rigidbody limit equilibrium，nonlinear FEM(finite element method)学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。论文作者(签名)： 2006年5月30日学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所(含万方数据库)、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权河海大学研究生院办理。论文作者(签名)： 2006年5月30日第1章绪论11引言滑坡是一种常见和重大的地质灾害，不仅给人类的生命财产带来重大威胁，也对许多工程建设造成了严重的影响。历史上一些规模较大的滑坡，造成的伤亡人数数以千计，如1963年意大利的瓦依昂滑坡造成了约2600人死亡；而一些特大滑坡灾害，伤亡人数可达几万甚至十几万，如1920年中国宁夏海源的滑坡灾害的伤亡人数就多达20万。触发滑坡的因素是多种多样的，除了降雨和地震等自然因素触发滑坡，人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因。滑坡可以发生在土质边坡，也可能发生在岩质边坡。发生于土质边坡的形态通常比较单一，基本上以剪切破坏为主，滑裂面为圆弧形或圆弧与夹泥层的组合型。岩质边坡发生的滑坡则受岩体结构、地应力等影响，呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。边坡稳定性分析是判断边坡是否失稳、是否需要加固及采取何种防护措施的主要依据，因此它是边坡工程中最基本最重要的问题。但是由于边坡地形地质条件复杂、岩土体力学性质不确定和周边环境模糊多变等因素影响，要想准确地判断边坡的稳定性实非易事。随着地理、地质和岩石力学、土力学等一系列科学分支的形成、发展和完善，人们对滑坡灾害的认识不断深化，在研究滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、滑坡预报以及开发滑坡治理技术等方面，已经取得了许多显著的成绩。但总体来说，仍有不少问题需进一步研究，如高边坡尤其是岩质边坡稳定研究、岩土锚固技术研究等。其中对岩质边坡的研究就是的一个热点。因此，如何合理地分析边坡尤其是岩质边坡的稳定性，并在此基础上采取经济可靠的加固处理，是一项具有重要理论和实践应用价值的研究工作。12边坡稳定分析方法研究现状岩土边坡的稳定性取决于边坡的高度、边坡体应力、岩层质量与地质结构、土壤孔隙或岩石裂隙中的水压力，以及各种外力作用，如表面受到的各种永久或临时荷载的作用、各种振动或冲击作用和温度变化等。边坡稳定分析的方法很多，归纳起来可分为两类：即确定性方法和非确定性方法。在具体的应用中，要根据具体边坡的工程地质条件，选取一种或几种方法进行综合分析。121确定性方法确定性方法包括极限平衡法、塑性极限分析法和数值计算方法，它们将影响边坡稳定性的各种因素都作为确定的量来考虑。(1)极限平衡法传统的极限平衡法是以摩尔-库伦(MohrCoulomb)抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分成若干垂直条块，建立作用在这些垂直条块上的力的平衡方程，求解安全系数，通常称为垂直条分法。这种方法通过直接对某些多余未知量作假定，使方程式的数量和未知数的数量相等，从而使问题变成静定可解的。在极限平衡法理论体系形成的过程中，不少学者提出了各种不同的假定条件，出现过一系列的简化计算方法。瑞典圆弧法假设圆弧滑动面、每一条块两侧间力合力方向平行于该条块底面，且大小相等、方向相反。该假设仅满足条块力矩平衡，适用于均匀介质或无控制节理、弱面的边坡稳定分析。Fellenius提出了边坡稳定分析的圆弧滑动分析方法，即费伦纽斯法。该法假定条块侧边力平行于分条底边，仅满足整个滑体绕滑面圆心的力矩平衡方程，计算结果偏于保守，可用于干边坡的稳定分析，而不是用于孔隙水压高的有效应力分析。Bishop则对传统的瑞典圆弧法作了重要改进，他提出了安全系数的定义，通过假定条块问的作用力为水平方向，求出条块底的法向力。瑞典圆弧法和Bishop法均是根据力矩平衡来确定安全系数的。Sarma提出的萨尔玛法，也就是斜条分法，则假定滑坡时倾斜侧边界同样达到平衡，可用于多种类型的滑坡分析，无需条块边界垂直，能对各种特殊的结构面进行分析。对岩质边坡进行极限平衡分析，萨尔玛法具有重要的地位。由于岩体内通常都存在着一组陡倾角的结构面，在发生滑动时，一方面沿底滑面滑动，一方面也沿这些陡倾角结构面错动，因此萨尔玛法也就是斜条分法是分析岩质边坡稳定较合理的方法。(2)塑性极限分析法塑性极限分析方法将岩土体看作服从流动法则的理想塑性材料，基于这种理想岩土体材料性质，当外力达到某一定值时，可在外力不变的情况下发生塑性流动，此时边坡岩土体处于极限状态，所受的荷载为极限荷载。边坡岩土体的极限状态是介于静力平衡与塑性流动的临界状态，极限状态的特征是：应力场是静力许可的：应变率场(或速度场)是机动许可的。静力许可的应力场应满足区域上的平衡条件、屈服准则以及力边界条件；机动许可的应变率场(或速度场)应满足几何条件及速度边界条件。只有同时满足静力许可的应力场和机动许可的应变率场(或速度场)的解答才是真实解。但是由于边坡岩土材料的不连续性、各向异性和非线性的本构关系以及结构在破坏时所呈现的体胀、软化、大变形等特性，使求解边坡稳定问题变得十分困难和复杂。同时，塑性极限分析法虽克服了刚体极限平衡法的不足，能够在一定程度上考虑岩土体的应力应变关系，但也只能给出假定滑移面上的应力场及速度场，且同样不能考虑坡体变形及其对稳定性的影响。潘家铮在1977年提出滑坡极限分析的极小值原理和极大值原理，认为滑坡体如能沿许多滑面滑动，则失稳时它将沿抵抗力最小的一个滑面破坏；滑坡体的滑面确定时，则滑面上的反力(以及滑坡体内的内力)能自行调整，以发挥最大的抗滑能力。Drucker等和Chen证明了两种塑性极限理论：上、下限理论。对于上限理论，如果一系列外部荷载作用在滑动面上，丽且外力在位移增量上所做的功等于内部应力所做的功，那么这时的外荷载不小于真实屈服荷载。这说明外荷载不一定必须要与内部应力平衡，并且滑动面也不必就是真实的滑动面。通过考察不同的滑动面就可以找到最小的上限解，即所有与运动许可的速度场对应的荷载中，满足外功率等于边坡在塑性变形中的能量耗散的荷载最小。下限定理表明了如果能找到与应力边界上的外荷载平衡的整个岩土体内均等分布的应力，并且在岩土体内处处服从材料的屈服准则，那么这个外荷载不大于真实的外荷载。通过检验不同的许可应力状态，就可以找到最大的下限解，即在所有与静力许可应力场相对应的荷载中，满足屈服条件的荷载为最大。一旦上、下限被计算出来，那么真实的破坏荷载就包括在上下限解之间。Donald和陈祖煜从变形协调出发，建立运动许可速度场，根据外力功和内能耗散相平衡的原理确定安全系数，这种方法也称之为能量法，实质上是将上限方法与传统的极限平衡方法结合起来，应用条分法的计算模式与最优化计算手段，来求解边坡稳定性分析的上限解。同时陈祖煜”3通过研究得出，垂直条分法得到边坡稳定的下限解，斜条分法得到边坡稳定的上限解，真实解就在上、下限解之间。(3)数值计算方法由于岩体结构的复杂性，近年来，一种基于变形的稳定性分析方法，即应用数值方法对结构和地基进行应力应变分析，再根据得到的位移场和应力场评价其稳定性的方法应用越来越广泛。数值方法能从较大范围考虑介质的复杂性，全面地分析边坡的应力应变状态，有助于对边坡变形和破坏机理的认识，较极限平衡方法有很大改进和补充。数值计算方法60年代被引入边坡稳定性分析中，大致可分为两大类：第一类为连续介质的数值分析方法，以有限单元法为代表；第二类非连续介质的数值分析方法。包括刚体元(刚性元，界面元)，离散单元法，DDA(不连续变形分析方法)，拉格朗日元法，流形元法、块体单元法等。有限单元法是通过变分原理(加权余量法)和分区插值的离散化处理把基本支配方程转化为线性代数方程，把求解待解域内的连续场函数转化为求解有限个离散点处的场函数。由于有限元把求解整个求解域内满足支配方程的连续函数问题，转化成在各单元上寻找合适的插值函数，且单元的形状及材料性能计算公式远比整个求解域简单得多，该法较易实现。有限元法根据未知变量的设置类型分为三种方法，一种是以单元节点位移作为基本变量的方法，称为位移有限元法：另一种是以单元节点力为基本未知量的分析方法，称为力法有限元；第三种是以部分节点位移和部分节点力作为未知量的分析方法，称为混合有限元法。位移有限元在计算机上更易实现，且便于求解和推广到非线性和动力效应等方面，该法得到了广泛的应用。有限元法进行边坡稳定性分析时结合岩体结构特征，对每一滑动面给出其在每一单元内的长度、倾角、粘聚力、内摩擦角及边坡饱和时每一单元内的水位值。利用有限元分析结果，由每一单元的主应力计算出滑面上每一单元的剪应力及正应力，再用摩尔一库仑破坏判据确定整个滑面的稳定系数。与传统的极限平衡法相比边坡稳定分析的有限元有其特有的优点：(1)它可以全面满足静力许可、应变相容和应力、应变之间的本构关系，不必引入假定条件，保持了严密的理论体系。(2)可以不受边坡几何形状的不规则和材料的不均匀性的限制，较真实地模拟边坡的地形地貌以及边坡内复杂的地质条件。(3)破坏面的形状和位置不必事先假定。破坏很“自然地”发生在边坡岩土体抗剪强度不能抵抗剪应力的位置。(4)可以分析边坡破坏的发生和发展过程，模拟边坡开挖及加固的施工过程，考虑岩土体与支挡结构的共同作用及其变形协调。(5)分析结果可以提供应力、应变的全部信息。122非确定性方法非确定性方法在边坡稳定性分析中的出现约在70年代初，一方面是由于一些新理论和方法如可靠性理论、模糊数学、灰色预测系统、分形几何、人工智能等的出现。另一方面是由于在边坡工程设计和分析中涉及有大量不确定性因素，如岩体性质、荷载等物理方面的不确定性，取样、试验的统计不确定性，计算模型的不确定性和人为过失造成的不确定性等，这些不确定性造成的影响尽管通过提高岩石测试和计算技术的精度能在一定程度上减少，但局部试验的精确性、确定性并不能消除岩石性状宏观判断上的随机性和模糊性，而且不可能无限度提高单项试验的精度、规模和完善确定性计算方法，因此用较简单的测试手段，对岩石工程进行大量的信息采集上，应用和发展各种随机理论和方法，以提高边坡工程质量状态判断的精度，就显得十分必要。目前常用的边坡稳定分析的不确定性方法有：可靠性方法、模糊数学法、灰色系统预测法、分形几何法、人工智能法等。可靠性方法是目前在边坡稳定性分析中应用最广泛的非确定性方法。边坡工程的可靠性分析就是基于对边坡岩体体性质、荷载、工程地质条件、计算模型等不确定性的认识，结合边坡系统的具体情况，采用概率分析方法和可靠度尺度描述边坡工程系统的质量。长江三峡工程大坝山体边坡就采用了可靠性理论的分析方法。但是，可靠性分析方法目前还缺乏一个统一的可接受的风险水平法则，极少发生概率事件往往容易被忽视，而这极有可能产生严重后果。因此，若简单提供一组边坡破坏概率不结合工程具体进行解释势必影响可靠性分析方法的可靠性和推广。模糊理论在边坡稳定性分析中的应用主要是用隶属函数对那些边界不清的过渡问题进行描述，应用模糊模式识别和模糊聚类分析方法对影响边坡稳定的因素进行分析，最后综合评判理论对边坡稳定性进行总的评价。不足之处是备择集一般取稳定、基本稳定、不稳定三种状态，因而对边坡的评判较笼统。同时，由于隶属函数是依据一些基本原则确定，权重的分配多由经验确定，因而主观性较大。模糊数学方法一般适应于外延不明确，内涵明确的对象。13岩土边坡的加固及设计方法概述经过边坡稳定性分析评定，如果边坡处于不稳定状态，即边坡的稳定安全系数不能达到要求时，则需要采用适宜的方法，挖掘暑土的潜能，充分利用岩土体的自稳能力，积极调用岩土体的抗剪强度，使一定范围内的岩土体成为整个边坡工程不可分割的组成部分，以显著增强边坡体的安全系数，这就涉及到边坡加固处理问题。131岩土边坡的加固措施总体而言，目前较常用的治理边坡失稳的加固处理措施有：减载措施；压坡措施；排水与截水措施；混凝土抗剪结构措施；锚固措施；支挡措施等。减载措施包括削头减载和削坡减载两种。削头减载是将边坡上部一定范围内覆盖层或岩体削掉，以降低边坡总高度；削坡减载是将边坡的坡度放缓。两种减载措施的作用都是减少边坡可能发生滑动破坏的下滑力。一般来讲，削坡措施常常受到建筑物布置上的制约，边坡不能放得太缓或根本不能放缓，而削头措施较少受到制约。减载措施的实施有主动和被动之分，主动实施是在开挖之前就已经考虑了此项措施，而被动实施是开挖过程中或开挖完成后，因边坡失稳滑塌才考虑到的补救措施。在已完成加固处理的水电工程边坡中，属于被动实施的情况最多。压坡措施就是在边坡滑体的趾部附近人为地增强约束(用土、石或其它材料)以防止坡体滑动。一般来讲用于压坡的材料采用开挖的废弃料，该措施的使用也往往受到场地的限制。在场地允许的前提下水电工程边坡中对大型古滑坡的处理可采用该措施。排水措施可分为坡内排水措施和表面排水措施两种。坡内排水措施包括在边坡内设置的排水平硐、排水竖井，或在排水平硐和排水竖井内打的排水孔，以及在边坡表面上打的排水孔。坡内排水措施可降低坡内的地下水位，减小作用在边坡滑体上的水荷载。该种措施的排水效果取决于不连续面的规模、渗透性能、输水能力和方位。一般来讲，坡内排水措施是一种较有效的边坡处理措施之一。表面排水措施包括在坡顶和坡面上修的截水沟。表面排水措施可将坡顶和坡面上的来水集中排泄，减小裂隙水压力对边坡稳定的不利影响。表面排水措施是岩质高边坡加固处理中一种快捷、经济和有效的措施。截水措施包括作防渗帷幕、防渗墙等。在边坡滑体的上游侧适当位置做防渗帷幕和防渗墙可降低边坡内的地下水位，减小作用在边坡滑体上的水荷载，从而提高边坡的安全度。混凝土抗剪结构措施包括在岩体内打抗滑桩、抗剪硐或塞等，是一种被动加固。在边坡滑体滑面位置比较明确的情况下，可采用混凝土抗剪结构措施。抗滑桩和抗剪硐或塞的使用条件不尽相同：边坡滑体的规模不大时可采用抗滑桩，一般来讲断面尺寸不大，提供的阻滑力有限；边坡滑体的规模较大、深层滑动的情况，可采用抗剪硐或塞将滑面截断，为滑体提供抗剪力，根据需要抗剪硐可以做得很大。从施工质量方面讲，由于抗滑桩为垂直开挖，可保证混凝土和周围岩体紧密结合。而抗剪硐或塞一般由水平洞室回填混凝土形成，洞顶混凝土的回填质量不易保证。根据已建工程的经验，混凝土抗剪结构均存在配筋量大、钢筋问距较密的情况，如何保证混凝土振捣的密实度是施工中应注意的问题。锚固措施包括预应力锚固和非预应力锚1直I两种，前者是一种主动加固，后者是一种被动加固。预应力锚固是采用预应力锚索、锚杆或钢丝对岩体进行加固，通过对可能失稳的岩体主动施加压力，提高滑动面上的抗剪参数和阻滑力(通过提供正压力、反向力实现)，从而实现提高边坡的抗滑稳定安全度。非预应力锚固是采用砂浆锚杆、树脂锚杆等对边坡岩体进行加固，通过提高滑动面上的抗剪参数和阻滑力(通过提高抗剪力实现)来实现提高边坡的抗滑稳定安全度。支挡措施包括挂钢筋网、喷混凝土或喷钢纤维混凝土、挡土墙和混凝土护面等，是一种被动加固，是从外部解决边坡滑体的稳定问题。挂钢筋网、喷混凝土或喷钢纤维混凝土的作用是覆盖边坡岩体表面、支撑岩体，除喷钢纤维混凝土极少采用外(小浪底工程进口高边坡上得到了应用)，其它几项在水电工程边坡中应用非常普遍。水电工程边坡中混凝土护面用得较多，其主要作用是封闭表面，防止雨水下渗和表面岩体风化，同时兼有对边坡滑体的支挡作用。挡土墙的主要作用是防止边坡表面坍塌造成的危害，一般用在己有结构物限制的部位。挡土墙在公路和铁路边坡的处理中用得较多，而在水电工程边坡上用得相对较少。132岩土边坡的锚固设计方法边坡锚固设计一般分为以几个步骤：潜在滑移体的位置、大小、和滑动力的识别与计算：加固滑移体锚固力计算；锚固参数与施工工艺的确定与优化。边坡滑移体和滑动面的识别是边坡加固设计的重要一步，它是锚固力计算和锚固参数的设训基础：岩十边坡一般可分为土质边坡和岩质边坡。这两类边坡的区别就在于它们的滑移面的差异。对于土质边坡”，最常见的破坏面呈圆弧或螺旋状。但当土质中潜在软弱面或夹层，部分滑面可能沿着这些弱面滑动。对于岩质边坡，边坡内部的断层、节理等不连续结构面控制着边坡的稳定，而潜在的滑移体一般为这些结构面作为边界而切割而成的楔体等。当坡体内不存在控制性结构面或结构面不足以形成潜在的滑移体时，对于高陡岩石边坡，滑移体的部分滑坡可能由应力集中追踪破坏所形成的曲面滑面。目前，对于土质边坡的滑移体的确定，已经积累一定的经验，例如上部滑面一般为坡顶张裂缝，中部滑面一般为圆弧面或螺旋面，下部坡脚一般为滑移体的滑出部位。但在确定张裂缝的位置、深度、滑出位置时，仍存在很大程度的不确定性。岩质边坡的潜在滑移体的识别，是建立在边坡工程地质研究的基础上。对于简单的地质构造面，如结构面与边坡面产状一致，或接近于一致，根据结构面的倾角，可以初步判断边坡可能发生平面滑动。对于地质结构较为复杂时，可以采用赤平投影或块体理论进行可移动块体的识别。数值方法的应用能够比较准确地确定滑移体的位置和大小。由于滑移面一般在滑动前发生塑性屈服或流动，并伴随着相对大的弹塑性位移，因此，通过不断加大边坡载荷或改变岩体参数，逐步模拟潜在的滑移体的发生、发展过程，以及为之大小。锚固参数一般包括锚固类型、锚固参数(锚杆长度、间、排距、锚固方向、锚固段长度、锚固材料、施加的预应力等)，以及锚固施工工艺等。在初步确定了锚固类型的基础上，还要对锚固参数和施工工艺的优化。一般情况下，优化的目标是锚固工程的总费用或总工程量，同时要考虑施工的方便和工程质量的保证，并考虑到工程对周围环境的影响。14锚杆喷射混凝土加固技术应用现状锚杆喷射混凝土加固技术是一项先进的、被国内外地下工程围岩支护中广泛采用的支护技术，也是国家重点推广的一项新技术。随着科学技术的发展，锚喷加固技术的应用在地下工程中己从一般稳定性较好的通道、峒室扩展到一些特殊的、围岩软弱破碎的通道峒室工程；在地面工程中，也己从加固路堑、加固建筑物基础扩展到土岩边坡的加固。20世纪90年代锚杆喷射混凝土加固技术逐渐发展为一种边坡加固新技术，并成为建设部重点推广的十大新技术之一。几年来在全国各地得到广泛的推广和应用。它能与多种支护技术联合使用，具有技术理论先进、安全可靠、价格偏低、快速灵活、不占独立工期、综合效果好等突出优点。作为一种新型的边坡加固方法，锚喷加固是一种有效的岩石边坡坡面工程防护措施，它将喷射混凝土技术和全粘结注浆锚杆结合起来，依靠锚杆、钢丝网和喷射混凝土共同负荷来提高边坡岩体的结构强度和抗变形刚度，以减少岩体侧向变形，增强边坡的整体稳定性和耐久性，从防护与加固的角度整治高陡岩石边坡坡面易产生的坠石、崩塌、滑落等病害。它适用于岩性较差、坡面岩石易风化，坡面岩体切割碎破碎严重的硬岩式岩状结构的不连续地层及坡面岩体与基岩分离、节理发育易受自然营力影响而产生危害的岩石边坡坡面防护。锚喷加固既有抑制边坡岩面有害变形的一面，又有适应边坡变形的一面。锚喷加固边坡就是在坡面上按一定间距、行距和一定的角度、深度，设置一定数量的锚杆，而后布上钢筋网，喷射混凝土，形成锚杆与薄壁钢筋混凝土联合作用的边坡加圆体系。喷射混凝土面板与锚杆及锚杆间的岩(土)体，组成一个复合体，天然岩(土)体通过岩(土)层锚杆，就地实施加固并与喷射混凝土面板形成了一个复合挡墙，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使得坡面达到稳定。这就是锚喷加固的宏观力学机理。、锚喷加固法融合了锚杆挡墙和加筋挡墙的长处，将喷射混凝土、锚杆和钢筋网三者有机地结合起来。钢筋网布设在喷射混凝土中，将加强筋与锚头焊接一处，锚杆则深埋于压力注入的水泥砂浆内，在高压力的作用下，水泥砂浆与土(岩)体紧密地嵌固在一起。它具有以下特点：(1)技术先进锚喷加固法是采用主动支护结构，将被加固岩(土)体通过与锚杆相连的钢筋网、喷射混凝土面板与稳定岩(土)体紧密结合一起，形成一连续、稳定的加筋重力式挡墙，充分发挥了加固区岩(土)体的自承能力，显著提高了边坡整体稳定性。(2)施工操作简单喷射混凝土防护施1操作简单，占地面积少，施j速度快，它将混凝土的输送一灌浆一捣固合为一道工序，不仅减轻了工人的劳动量，又不要用任何钢一木支撑和模板。(3)压浆固化层的止水作用由钢筋网和细石混凝土组成的面板起到对岩土体的封闭的作用，既有效地抵抗雨水和地表生活漏水的冲刷，又防止雨水沿裂缝及其地质通道渗入而导致塌落，使边坡壁面形成较强的防护层。(4)环境影响程度低喷锚护壁的强度凝固时间较短，一般715天基本完成，边坡变形趋于稳定，且变形量小，故对基坑邻近的建筑物影响不大；加之施工机具简便，施工噪音、振动均较小，更无废弃浆液的污染。尤其对于放坡困难、施工场地狭小的工程而言，尤其显示其优越性。(5)受力性能好使用锚喷加固法时，锚杆嵌入岩土体中，对岩土体主动支护，通过浆一杆联合作用，提高了岩土体的强度与整体性。喷射混凝土于岩土体表层间在高速喷射下产生嵌固作用，加强了两者的作用。同时钢筋网调整了锚杆和喷层的应力分布，既保护了岩土体的整体性又有一定的柔性，容许岩体有一定的变形。锚喷加固法和土钉墙法(又称锚钉墙法)在某些施工工艺上有相似之处，有些文献还将锚喷网支护称为新型土钉，但锚喷网支护与土钉墙无论在锚杆与土钉的构造与作用机理，还是设计与使用条件均不相同。从构造上讲，锚杆一般分为内锚固段、外锚固段、自由段(即张拉段)，而土钉不分段。锚杆通常较长，其内锚固段一般位于滑线以外的稳定土内；而土钉一般较短(3l0m)，土钉的内端大都置于滑移线以内或附近。锚杆的设置间距相对较大，土钉则要密得多。从工作原理来看，在较好的岩土层中，锚杆以平衡不稳定体压力为主，在特殊不良地质体中，则以改造介质物理力学性质为主；而土钉墙大体可以归入加筋土的范畴，设置土钉的目的旨在重塑一个新的稳定地质体。近年来锚喷加固法因其良好的整治效果、可实施性强、施工简便、相比其他加固措施经济合理而得到广泛应用，如三峡永久船闸主体段高边坡工程规模之大、技术难度之高均为国内外边坡工程所罕见，在加固过程中，采取了喷混凝土、挂网锚杆、系统锚杆等加固方法。高速公路与铁路边坡，也使用锚喷加固边坡肖勤学对锚杆与锚喷加固的作用进行了实验研究，结果表明，锚喷技术用于加固围岩有显著的加固效果，尤其表现在非常明显地控制岩体位移的作用但由于目前对其在高边坡加固中的作用机理尚未完全弄清，导致锚喷加固的设计方法及参数的确定方法不一致，陈建平等根据在湖北京珠高速公路大悟段岩质高边坡和湖北襄十高速公路武许段的岩质高边坡应用锚喷支护的经验，也对应用锚喷支护的几个问题提出过探讨。实践证明，应用喷锚支护技术进行高陡岩石边坡坡面防护，能从防护与加固的角度整治高陡岩石边坡的病害，从而提高岩石边坡的整体稳定性和耐久性。同时，在经济效益上，根据国内外的经验，锚喷网支护的造价比桩墙支护节约造价1030，比灌注桩支护节约造价2050。目前，我国岩质边坡锚喷加固设计与施工规范尚未建立，而锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB500862001)的实施对象为硐室，与边坡有较大的差别。这给锚喷加固设计与施工的规范化带来困难。所以，有必要对锚喷加固理论、成功实施的实例、实旌中的问题等进行认真的研究与总结，以使锚喷加固方法在岩质边坡工程中得到更广泛的应用。15本文的主要研究内容与思路岩体是一种极为复杂的介质，对其所包含的丰富的地质内容、变形及强度特性和力学特性，认知水平还远未达到充分和完善的程度。因此，对岩质边坡的稳定及加固处理研究是十分迫切的。本文的主要研究内容有以下几方面：(1)对岩质边坡失稳破坏的模式进行探讨，主要针对滑动破坏的情况分析其稳定性。用刚体极限平衡法推导稳定系数计算公式。用非线性有限元方法对边坡稳定安全度进行间接法分析。（2)研究锚杆喷射混凝土加固边坡的作用机理，并简述其设计方法。(3)锚杆喷射混凝土加固边坡的效果与评价：用刚体极限平衡法推导边坡加固以后的安全系数计算公式。用数值分析方法，建立锚杆喷射混凝土和岩土体相互作用的有限元分析模型，用间接法求边坡稳定安全系数。通过边坡加固前后安全系数的变化来分析和评价锚杆喷射混凝土的加固效果。(4)对于工程实例，运用刚体极限平衡法和非线性有限元法，分别计算加固前后边坡的稳定安全系数，并进行对比。(5)对锚杆喷射混凝土加固效果进行敏感性分析。河海大学硕士论文第2章岩质边坡稳定性分析21岩质边坡失稳破坏模式岩质边坡是复杂的地质体，它在形成后，受岩体产生的岩石压力与坡角、坡形的影响，易产生坡面变形，变形过大而发生破坏。边坡失稳模式受控与影响边坡的稳定性因素。对同一类型的边坡，在不同的影响因素作用下，可能产生一种或多种的破坏模式。同影响地下工程岩体稳定性的因素相比，影响边坡岩体稳定性的因素有很大不同。前者的主要因素是岩体强度、岩体完整性以及地应力大小，而后者主要是结构面的产状、岩体完整性和地下水等，岩体强度的影响不是很大，只有当岩体的强度极低时(如强风化岩)才有明显的影响。岩质边坡的变形破坏的方式也是多种多样的。在国家“八五”科技攻关研究成果报告中根据滑坡形成的模式，建议将滑坡分成七类：崩塌、滑动(平面滑动、弧面滑动、楔形体滑动)、倾倒、渍曲、测向扩展拉裂、流动以及复合型。在这七种类型中，工程中实际最常见的是滑动破坏、倾倒破坏以及溃曲破坏“。211平面滑动典型的岩质边坡的平面滑动破坏通常是滑体沿与山坡倾向大致相近的单一滑面滑移，滑面可以是岩体内发育的构造结构面，如岩层层面、层间软弱夹