边坡侧向荷载计算方法讨论

《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)采用了极限状态设计法来计算直线滑动模式下的边坡侧向岩土荷载,首先根据库伦土压力原理来计算滑体的剩余下滑力标准值,然后再乘以一个安全系数进行支护结构设计。这种设计方法不满足边坡工程的稳定安全系数设计要求,会造成边坡稳定安全系数为1.0时得到的侧向岩石压力为0。笔者以考虑稳定安全系数的锚杆锚固力计算为例,指出基于强度折减安全系数的侧向岩土荷载计算方法能满足边坡工程的稳定安全系数设计标准,使得支护后的边坡的稳定系数正好是设计安全系数。由此,提出了一个实用计算方法,即仍可采用《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)第6章的计算公式,只是需要对滑面岩体强度c和tan φ按稳定安全系数设计标准进行折减,然后将折减后的参数代入公式计算边坡侧向岩土荷载设计值。     

外倾结构面控制的岩质边坡设计支护力计算

通过对外倾结构面岩质边坡设计支护力计算方法进行分析,指出侧向岩石压方法和增大下滑力法(FstT)计算方法存在的问题和不足,推导出基于边坡安全稳定系数的计算方法。经过实例分析和数值法验算,可知其推荐的计算方法思路清晰,符合强度折减法理念,更易于理解和使用。计算的支护力满足规范规定的安全储备,在保证安全的情况下节约边坡治理成本。     

岩质边坡锚杆支护参数地震敏感性分析

目前已有的锚杆支护抗震设计主要采用拟静力方法,无法考虑锚杆与岩体的相互作用,也不能准确的评价锚杆支护后的边坡动力稳定性,为此,采用强度折减法动力分析法评价锚杆支护岩质边坡动力稳定性,该方法不仅考虑了锚杆与岩体的动力响应,还能得到边坡动力破裂面和锚杆轴力的变化情况,可以用于边坡锚杆抗震支护设计。然后以此为手段进行边坡锚杆支护设计,要求边坡达到容许安全系数即可,通过一个典型锚杆支护边坡实例分析,对锚杆支护参数进行了敏感性研究,研究结果为锚杆支护边坡的抗震设计及优化提供技术支持。     

考虑渗流和锚固作用的强度折减有限元法研究

 针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,探索适合于强度折减有限元法计算和参数优化的新的锚杆计算模型,研制出一个考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的三维强度折减有限元程序,该锚杆计算模型能够考虑锚杆和岩土体间黏结力不够的锚杆失效形式。通过实例计算并与传统极限平衡法实例计算分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行评价。结果表明,采用三维强度折减有限元法确定考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的边坡稳定性安全系数是可行的。     

全长粘结型锚杆加固岩石边坡应力与变形特性数值分析

通过有限无数值模拟方法，对全长粘结型锚杆加固的均质岩石开挖边坡进行了数值计算，并分析研究了加锚边坡的应力与变形特性和全长粘结式锚杆轴力分布规律，提出了一种简单实用确定边坡可能滑动面的方法，并且指出了在边坡锚杆支护设计中应注意的一些问题。     

一种锚杆计算模型及其在岩坡锚杆支护中的应用

针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,探索了适合于强度折减有限元法计算和锚固优化新的锚杆计算模型,考虑了锚杆沿壁摩阻力作用,研制了相应程序,并应用于岩石边坡锚杆支护方案计算中。应用表明,该模型方便可行,提高了加锚岩体数值模拟的适用性。     

基于SoilWorks软件的土质边坡分析

本文结合某高边坡,采用SoilWorks软件中的极限平衡法、强度折减法分别进行施工阶段模拟,并将锚索轴力计算结果与监测资料对比,分析结果表明：（1）采用极限平衡法计算结果偏安全;（2）锚杆（索）格构梁支护结构对该边坡起到了有效加固作用;（3）有限元计算模型及参数取值较合理;（4）在边坡设计及施工过程中应考虑锚索预应力损失的不利影响。     

框架预应力锚杆分级支护边坡的数值模拟研究

引入FLAC-3D程序及强度折减方法,应用数值模拟技术对某算例多级边坡在加固前后的稳定性进行了计算与分析.对比分析了边坡加固前后的安全系数变化规律、位移变化情况以及锚杆轴力的分布规律.计算结果表明:边坡分级支护后,坡体的水平位移和竖向沉降得到有效的控制,同时也得出了预应力锚杆轴力的分布规律,边坡稳定安全系数明显提高.为分级支护结构的参数设计提供一定的理论参考.     

某核电站泵房边坡支护设计及监测分析

采用预应力锚索+腰梁的加固体系对某一级边坡进行支护,建立三维模型,先采用有限元强度折减法对开挖支护前、后的边坡进行分析,得到边坡支护前、后的安全系数,再对开挖完支护后稳定状态的边坡进行静力分析,得到边坡变形、锚索轴力的计算值。进行边坡变形与锚索轴力监测,分析了实测值与计算值的差异。结果表明:锚索+腰梁的支护体系能有效地控制边坡位移和整体稳定性,并且边坡位移变化、锚索轴力变化是有规律的,研究成果可为类似边坡工程的支护设计和施工提供参考。     

基于FLAC3D锚杆加固边坡机理的研究

边坡工程中锚杆加固边坡的机理是岩土工程领域中的重点研究课题。结合幕府山边坡治理工程的实例,采用FLAC3D数值方法对边坡进行稳定性计算,分析了治理后的边坡在锚杆支护前、支护后的稳定性,研究了在未支护情况下边坡的最危险滑动面的确定以及支护后不同位置处锚杆的轴力和水泥浆粘结强度分布规律和加固机理。     

具有外倾节理岩质边坡开挖与支护FLAC~(3D)数值模拟分析

该文结合具有一组平行外倾节理面的岩质边坡工程实例,通过FLAC3D建立数值计算模型,分析了该类边坡的稳定性以及开挖支护过程中的力学响应。结果表明:①外倾节理岩质边坡达到极限状态时,靠近坡脚的最下面一条结构面将产生贯通的塑性区;②边坡开挖将使潜在滑裂面下移,两滑裂面之间岩体剪切滑移将引起锚杆轴力增大,在靠近坡脚的新滑裂面位置处达最大;③在坡脚处设置混凝土挡墙能有效提高边坡整体稳定性,此加固措施效果较好。     

锚固边坡楔体稳定性地质力学模型试验研究

以李家峡水电站左岸岩质高边坡加固工程为背景，采用地质力学模型试验方法，完成了预应力锚索加固边坡模型和无锚索加固边坡模型的对比试验，研究边坡双滑面楔体稳定性和锚固效应的问题。给出了复杂岩体边坡和预应力锚索体的相似物理模拟方法，锚固和未锚固状态下边坡双滑面楔体的相对位移和绝对位移的变化形态、锚索预应力时程变化特征、锚索轴力变化特征以及边坡不同部位的锚索的受力破坏特点等结果。在此基础上，对上述两种状态下边坡楔体的安全稳定性进行了计算和对比分析，结果表明锚固边坡比无锚固边坡安全系数高1.4倍以上，并总结给出了预应力锚索对边坡双滑面楔体的加固效应。     

岩石边坡动力稳定安全系数的块体单元法分析

 将动力分析的块体单元法应用于岩石边坡地震稳定时程分析。将黏弹性人工边界条件的思想与块体单元理论相结合,建立块体系统的人工边界条件,用以模拟地基的弹性恢复能力和地基对散射波能量的吸收,从而消除波动在计算区域边界上的反射。黏弹性边界具有稳定性好,易于与计算程序结合的优点。通过动力计算所得的块体加速度计算块体的惯性力,并由此判断块体可能的滑动模式,进而根据滑动模式将惯性力分解为块体滑动力和垂直于滑动方向的作用力,由此作用力计算块体的抗滑力。块体抗滑稳定安全系数即为抗滑力与滑动力之比,从而可以得到地震过程中块体稳定安全系数时程曲线。小湾水电站进水口边坡算例体现了该方法的工程应用能力。     

软岩隧道中锚杆与岩体的相互作用模型研究

采用改进的剪应力滞后模型,对软岩隧道中锚杆的作用机理提出了一种分析方法,根据应力-应变关系分析锚杆和岩体之间的联合作用机理.应用于工程实例,根据现场监测数据及数值模拟分析,验证通过该模型计算所得的轴向应力的正确性,并确定不同锚杆长度的中性点位置,验证了软岩锚固中性点的存在,指出软岩隧道锚杆支护设计中应注意锚杆与岩体的相互作用.     

某高速公路边坡锚固参数优化研究

针对某公路岩石高边坡的特点,选取一个典型断面(K123 910断面)作为研究对象,采用传统极限平衡分析方法,对边坡进行了考虑3种支护方案和4种岩体参数共12种工况的计算,对计算结果进行粘聚力C值的参数敏感性分析和锚固效应评价;采用强度折减法对自然边坡、削坡无支护和采取锚固措施后的边坡进行应力、变形、锚杆(索)受力及安全系数的计算分析.从而对该边坡对C值的参数敏感性,临界失稳时的变形、应力、锚杆(索)受力状态及安全系数有了全面的了解和正确的评价.     

GFRP土钉加固软岩边坡的研究

某软岩边坡采用GFRP土钉和HRB335级钢筋土钉共同支护。运用MIDAS/GTS有限元软件对边坡破坏状态下GFRP土钉进行数值模拟计算,得到土钉轴力和剪力沿钉长及边坡高度的变化规律,土钉受到的最大轴力和剪力均小于设计值。利用有限元强度折减法和极限平衡法,分析加固前后边坡的稳定性,得到支护前后边坡的安全系数分别为1.03和1.45。两种土钉的应变监测结果表明,GFRP土钉与对应高度的HRB335级钢筋土钉的应变值基本一致,各排土钉的最大应变峰值连线与支护前边坡的潜在滑动面吻合,加固后边坡不会发生内部剪切破坏。对边坡土压力的监测显示土压力均呈梯形分布。     

多层软弱夹层边坡岩体稳定性及加固分析

 野外地质调查发现九顶山边坡岩体内存在3条规模较大的软弱夹层控制着岩体的稳定性。采用数值法对该边坡岩体的变形特征进行研究,发现直接开挖后沿软弱夹层将发生大的相对滑动,岩体最大水平位移位于P2软弱夹层坡面附近,达1.25 cm,相对滑动造成软弱夹层强度降低为残余强度,易造成边坡失稳。P1,P2软弱夹层上剪应力最大值分别为239.0,172.4 kPa,位于滑面中前部。当采用锚喷加固边坡时,锚杆穿过软弱夹层时轴力突然增大,表明3条软弱夹层均发生较大的变形,对边坡稳定较为不利,但锚杆加固效果明显,能较大地提高边坡稳定性,采用强度折减法计算得到加固后边坡稳定性系数为1.65。结果表明,应用数值模拟技术,可以直观形象地反映出边坡变形及应力变化的全过程,从而对工程措施优化、信息化设计和施工起超前预报与辅助决策起到一定的作用。     

顺层岩质边坡锚杆支护机制研究

 全长黏结型锚杆作为一种有效且经济的加固手段,在边坡工程中得到广泛的应用,但其锚固机制尤其是考虑岩体结构特征的锚固理论需要进一步的研究和完善。基于顺层边坡的地质结构特征,考虑边坡岩体与锚杆的相互作用,运用弹性力学和结构力学对全长黏结型锚杆加固顺层边坡的机制进行研究,提出新的锚杆加固顺层边坡的力学模型。分析结果表明,顺层岩质边坡的锚固抗力由锚杆轴力与抗剪力共同提供,锚杆抗剪作用提供的抗滑力与锚杆轴力提供的抗滑力可以用线性关系来描述。运用有限元软件ABAQUS对这一力学模型进行建模,分析这一力学模型的正确性。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

水下浅埋暗挖软岩隧道拱部系统锚杆功效

软岩隧道常常在拱部设置系统锚杆,但对于地质条件和支护方式不同的软岩隧道,拱部系统锚杆的功效不尽相同,目前还很少研究水下浅埋暗挖软岩交通隧道中拱部系统锚杆的功效。以长沙浏阳河公路隧道段施工为对象,综合运用理论分析、数值模拟和现场测试等手段,对浏阳河隧道拱部系统锚杆在暗挖法施工时的锚杆轴力、初衬内力、开挖安全系数以及地下水渗流软化围岩对锚杆功效的影响进行系统研究。结果表明:在浏阳河隧道所处的地质环境中,采用台阶法暗挖施工时,拱部系统锚杆所起的作用较小,其功效不能有效发挥,建议在上台阶型钢拱架拱脚处设置锁脚锚杆,取消拱部系统锚杆。该成果已成功地应用于浏阳河隧道施工中,缩短了施工周期,降低了工程造价。