水库边坡锚杆加固治理的倾角选择研究.pdf

工程实践水利技术监督 年第 期:/水库边坡锚杆加固治理的倾角选择研究冯 斌(江西省宜春市袁州区农业农村局 江西 宜春)摘要:锚杆在边坡治理中被广泛应用 锚杆倾角的选择对锚杆在边坡治理中的效果有较大影响 结合边坡治理工程 建立不同倾角锚杆支护边坡模型 分析锚杆的内力、位移及边坡支护效果 结果表明:随锚杆倾角增大 锚杆轴力逐渐减小 坡顶锚杆位移逐渐增大 锚杆倾角为 时 边坡稳定安全系数最高 治理效果最好 锚杆倾角宜选择 研究成果可为类似工程提供参考关键词:锚杆倾角 边坡治理 数值模拟 锚杆内力与位移 边坡稳定性中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:冯 斌(年)男 工程师:近年来 随着我国经济实力飞速提升 基础建设的规模也越来越大 在公路、铁路等基础设施建设中 必然出现了大批边坡治理工程 锚杆因具有施工简单、支护效果好、工程造价低等优点 在边坡治理工程中得到极为广泛的应用 因此 诸多学者对锚杆在边坡治理中的研究十分关注 且当前已经取得一定的研究成果 张爱社等根据力学分析理论与变形协调的关系 对顺层岩质边坡锚杆拉剪作用的力学性能进行了研究 研究结果表明:提出的理论分析方法的计算结果与实验数据结果基本一致 说明建立的加固顺层边坡的锚杆抗剪计算的理论方法十分合理 李帅等基于瑞典条分法基本原理 对降雨对系统锚杆加固边坡稳定性的影响进行了研究 研究结果表明:锚杆提升降雨工况下边坡稳定性的能力与降雨强度有关 降雨强度越大 锚杆提升边坡稳定性的能力越差 钱海洋结合实际工程案例利用 分析软件 对锚杆(索)框架梁加固顺层边坡进行了数值分析研究 研究结果表明:锚杆(索)框架梁方案对坡体内部的应力与位移影响较大 限制顺层边坡开挖过程中的坡体变形效果显著 万海龙等基于强度折减法和渗流理论 利用 分析软件 对降雨条件下边坡稳定性与锚杆加固措施进行了研究 研究结果表明:降雨工况下 边坡稳定性急剧下降 锚杆的长度越长、数量越多 边坡稳定性越优 朱彦鹏等利用数值模拟的方法 对框架预应力锚杆支护边坡的稳定性进行研究 研究结果表明:影响框架预应力锚杆支护后边坡稳定性的主要因素有内摩擦角、坡角、重度以及黏聚力等以上研究针对锚杆的力学性能、降雨条件下锚杆的支护能力以及锚杆支护对边坡稳定性的影响等分别进行了研究 基于以上论述 本文利用有限元软件 结合边坡治理工程 建立不同倾角锚杆支护边坡的模型 对其内力、位移以及支护后的边坡稳定性进行分析研究 研究成果可为类似边坡治理工程中锚杆选择提供参考 工程概况某水库位于山谷内 两侧山地地形呈扇形分布 为避免库岸坍塌 对边坡进行削坡加固处理经过处理后的库岸边坡共分为 级 自下而上第一级坡高 坡率 平台宽 第二级坡高 坡率 平台宽 第三级坡高 坡率 平台宽 第四级坡高 坡率 平台宽 风化土、风化岩和软岩是该边坡的主要岩土体组成成分 各类型岩土体均为全场地分布 其中 风化土层厚为 、风化岩层厚为 、软岩层厚为 边坡最危险截面如图 所示经现场勘测分析与计算分析得出 该边坡潜在滑动面位于风化土与风化岩的交界面处 拟采用锚 年第 期水利技术监督工程实践杆 抗滑桩对该边坡进行支护 设置 组倾角分别为、的锚杆进行比选图 边坡最危险截面图 模型建立与网格划分 有限元模型建立采用岩土领域的 软件建立模型模型右高、左高、长 边坡有限元模型如图 所示 边坡岩土体与支护结构分别采用摩尔库伦与弹性本构模型 为保证计算的合理性与有效性 风化土区域网格以 为基本尺寸划分 风化岩与软岩区域网格以 为基本尺寸划分 先后为模型添加边界约束与重力荷载 并依次设置 种分析工况 分别为天然工况、锚杆倾角 依 次 为、的 支 护 边 坡工况图 边坡有限元模型 计算参数选取锚杆 的 长 度 均 为 锚 筋 强 度 等 级 为 直径为 锚杆的纵向间距与竖向间距为 采用带螺旋钻杆的回转钻机进行钻孔并进行全粘结式灌浆 水泥浆摩擦角为 刚度为 粘结力为 抗滑桩的截面尺寸为 桩长为 采用机械挖孔 混凝土浇筑 边坡岩土体与支护结构物理力学参数见表 边坡岩土体与锚杆的有限元材料参数见表 表 边坡岩土体与支护结构物理力学参数材料类型重度/(/)弹性模量/泊松比黏聚力/内摩擦角/()风化土 风化岩 软岩 抗滑桩 锚杆 表 边坡岩土体与支护结构有限元材料参数材料类型本构模型单元类型子类型单元数节点数风化土摩尔库伦平面应变风化岩摩尔库伦平面应变软岩摩尔库伦平面应变抗滑桩弹性梁锚杆弹性植入式桁架 数值模拟结果分析在保证其他因素相同的情况下 分别对各分析工况进行求解 得出不同倾角锚杆的内力、位移以及支护后的边坡稳定性 锚杆内力分析不同倾角锚杆的内力如图 所示 由图()可知 当锚杆倾角为 时 锚杆的最大轴力出现在坡 顶 锚 杆 锚 固 段 锚 杆 最 大 轴 力 数 值 为 从自由段到锚固段 各位置锚杆的轴力均呈现逐渐增加趋势 自坡顶至坡脚 锚杆的轴力基本呈现整体递减的趋势 由图()可知 当锚杆倾角为 时 锚杆的最大轴力出现在自下而上的第三处锚杆的锚固段 最大轴力数值大小为 自坡顶至坡脚 锚杆的轴力基本呈现先减小后增大的趋势 由图()可知 当锚杆倾角为 时 锚杆的轴力分布基本与倾角为 时相同 但锚杆的锚杆最大轴力大小仅为 由图()可知 当锚杆倾角为 时 锚杆的最大轴力更小 最大轴力出现在坡脚锚杆锚固段 最大轴力大小仅为 自坡顶至坡脚 锚杆的轴力基本呈现一直增大的趋势 综合图()()可得 随锚杆倾角的增大 锚杆的轴力最大值逐渐减小 各位置锚杆轴力分布呈现靠近坡顶的锚杆轴力相对减小 靠近坡脚的锚杆轴力相对增大 锚杆位移分析不同倾角锚杆的位移如图 所示 由图()工程实践水利技术监督 年第 期可知 当锚杆倾角为 时 锚杆最大位移出现在边 坡 中 部 锚 杆 的 端 部 最 大 锚 杆 位 移 为 锚杆位移主要集中于边坡中部 坡脚处锚杆位移较小 从自由段到锚固段 各位置锚杆的位移均呈现逐渐递减的趋势 由图()可知当锚杆倾角为 时 锚杆最大位移为 锚杆位移分布形式与倾角为 基本一致 由图()可知 当锚杆倾角为 时 坡顶锚杆的位移明显增大 锚杆最大位移为 由图()可知 当锚杆倾角为 时 坡脚附件的锚杆位移明显减小 锚杆的最大位移也随之增大 锚杆的最大位移为 综合图()()可得 随锚杆倾角的增大 锚杆的最大位移先减小后增大 但增幅并不明显 坡顶锚杆的位移相对增大 坡脚锚杆图 不同倾角锚杆的内力图图 不同倾角锚杆的位移图 年第 期水利技术监督工程实践的位移相对减小 边坡稳定性分析 天然状态下边坡稳定性分析天然状态下边坡塑性应变云图如图 所示 天然状态下边坡位移云图如图 所示 由图 可知天然状态下边坡塑性应变较大 边坡潜在滑动面位于风化土与风化岩的交界面处 更加证实了勘测分析与计算分析的准确性 同时 天然状态下边坡稳定安全系数仅为 明显不满足安全要求 需要采用支护措施治理 由图 可知 天然状态下边坡位移较大 边坡最大位移达 远超过工程要求的 边坡位移主要集中于风化土中部区域图 天然状态下边坡塑性应变云图图 天然状态下边坡位移云图 锚杆支护后边坡稳定性分析不同倾角锚杆支护下边坡稳定安全系数与最大总位移见表 由表 可知 不同倾角锚杆支护后 边坡稳定安全系数与最大总位移均有明显改善 边坡稳定性均有显著提升 当锚杆倾角为时 边坡稳定安全系数最大 最大总位移最小 稳定安全系数为 较天然状态下提升 最大总位移为 较天然状态降低了 随锚杆倾角的增大 边坡稳定安全系数呈现先增大后减小的趋势 最大总位移呈现先减小后增大的趋势 锚杆倾角过大或过小 边坡支护效果均会变差 原因可能是锚杆倾角过大或过小时 锚杆对岩土体的约束因倾角原因而变小 使得支护效果变差 综上所述 锚杆倾角对支护效果影响显著 通过边坡稳定性分析可以得出:采用倾角为 锚杆支护时 边坡稳定性提升最显著 边坡支护效果最优表 不同倾角锚杆支护下边坡稳定安全系数与最大总位移边坡工况稳定安全系数最大总位移/锚杆倾角为 支护 锚杆倾角为 支护 锚杆倾角为 支护 锚杆倾角为 支护 结语本文利用有限元软件 建立不同倾角锚杆支护边坡的模型 分析边坡加固效果 结果表明:锚杆倾角对锚杆内力影响显著 随锚杆倾角的增大 锚杆的最大位移先减小后增大 当锚杆倾角为时锚杆的最大位移值相对其他组最小 边坡稳定安全系数提升 最大位移降低了 边坡稳定性显著提升 综合考虑锚杆的内力、位移以及边坡稳定性 在锚杆倾角为、中 该边坡治理推荐使用倾角为 的锚杆 本文在方案选择中未考虑实际施工的便捷性 仅设置 组锚杆倾角进行对比 其他更为精确的最优锚杆倾角有待进一步探究参考文献 李帅 林旺照.降雨对系统锚杆加固边坡稳定性的影响.公路 ():.钱海洋.顺层边坡锚杆(索)框架梁加固的数值分析.西部交通科技():.万海龙 齐一帆 张萍 等.降雨条件下山塘边坡稳定性评价及锚杆加固措施研究.陕西水利():.朱彦鹏 侯喜楠 马响响 等.框架预应力锚杆支护边坡稳定性极限分析.岩土工程学报 ():.聂亮亮.软弱坝基上平原水库坝体坝基渗漏分析及施工措施研究.水利技术监督():.余政兴 孙宁.引发某近坝库岸滑坡失稳临界蓄水位研究.水利技术监督():.何佳楠 石强 吴震宇.考虑各向异性渗流的重力坝深层抗滑稳定分析.水利规划与设计():.