顺层岩体边坡锚固等效参数计算方法研究

锚固等效参数是进行顺层边坡锚固效果数值模拟的关键科学数据。针对锚固顺层岩体边坡中结构体和结构面刚度系数不同的实际情况,将锚杆锚固后顺层岩体边坡的锚杆、结构面、结构体的复杂体系等效为一个均质岩体。推导了节理岩体等效法向刚度系数和等效切向刚度系数计算公式。基于结构体小变形、岩体变形可叠加性及抗剪强度参数c、φ值不相关性假定,利用Coulomb抗剪强度理论推导、建立了顺层岩体边坡锚杆等效抗剪强度参数c、φ值计算公式。     

拉剪作用下节理岩体锚固力学分析模型

 现有锚固理论不能反映节理岩体锚固的内在力学机制。基于节理岩体全长黏结型锚杆锚固的地质变形特征,根据加锚节理岩体超静定梁模型,将超静定梁转化为受到挤压分布力、轴力和剪切力共同作用的静定梁模型,探讨拉剪作用下节理岩体锚固的受力与变形的演化规律。基于结构力学理论,考虑锚杆横向剪切变形段荷载与变形的内在物理关系、位移相互协调关系以及由能量原理导出的平衡关系,建立拉剪作用下节理岩体锚固的力学分析模型,进一步提出拉剪荷载作用下的节理面一侧锚杆横向剪切变形段长度的计算方法。研究表明,加锚节理岩体受锚杆轴向拉力和销钉效应共同作用,节理面处锚杆轴力和剪力呈抛物线耦合关系;锚固角越大,锚杆销钉效应越显著。节理面一侧锚杆横向剪切变形段的长度随锚固角的增加而增大,但锚杆抗力随锚固角的增加而降低。与试验数据的对比分析表明,理论模型的计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的合理性。研究结果可为节理岩体锚固研究及工程应用提供参考。     

考虑横向抗剪效应的节理岩体全长黏结型锚杆锚固机制研究及进展

全长黏结型锚杆在岩质边坡和洞室支护等领域有着广泛的工程研究背景,由于岩体的结构效应,全长黏结型锚杆除发挥轴向抗拉作用外,同时因不稳定岩体具有沿结构面发生滑动或滑动趋势而发挥横向抗剪效应。拉剪作用下,节理岩体锚杆与纯受拉荷载作用的锚杆在地质特征、力学机制、失效模式以及评价方法上存在本质的差别。近些年来,国内外相关学者针对节理岩体锚杆的力学与变形特征、岩石/浆体与锚杆的相互作用和锚杆破坏机制及模式等方面开展大量的试验研究与理论分析,以揭示与其地质力学特征相适应的锚固机制、建立相应的锚固理论体系和工程设计方法。本文从结构控制稳定的角度出发,系统地分析节理岩体锚固机制研究的工程背景和科学意义,探讨拉剪作用下节理锚杆的力学与变形演化规律,揭示基于岩石/浆体与锚杆相互作用的节理岩体内在锚固机制,对比分析节理岩体锚固弹性地基梁模型和结构力学模型的优缺点。在总结分析节理岩体锚固研究成果的基础之上,指出当前研究重点及存在的问题,提出节理岩体锚固理论与评价方法的研究方向,有望对完善节理岩体锚固理论体系及建立工程设计方法提供参考。     

节理岩体边坡模糊稳定性分析方法研究

节理岩体边坡失稳破坏同时受控于节理与岩体抗剪强度。在对具有两组平行节理的岩体边坡失稳破坏机制研究基础上，探讨节理岩体边坡几何物理参数为模糊数情况下边坡稳定性评价的分析方法，给出节理岩体边坡模糊安全系数的计算公式，编制基于潜在滑动面自动搜索边坡模糊稳定性研究程序。算例研究成果表明，采用模糊分析方法可以对节理岩体边坡稳定性有更全面客观的了解，能为潜在不稳定边坡的稳定性评价和锚杆设计等提供重要的参考依据，避免发生由于计算参数不确定性引起的加固节理岩体边坡破坏情况。     

三峡船闸高边坡节理岩体稳定 分析及加固方案初步研究

针对三峡工程永久船闸高边坡节理岩体，采用了断裂－损伤力学模型的有限元数值方法，着重分析了在压剪应力场作用下边坡节理尖端产生次生裂纹而进一步扩展的可能性及产生的附加变形，并研究了如何对这种破裂方式用锚固手段加以控制，以达到减少节理损伤演化扩展区和边坡的变形量。文中对锚固方案做了优化分析和评价。     

循环荷载作用下层状节理岩体锚固效果的物理模拟研究

运用物理模拟方法，研究了在循环荷载作用下层状节理岩体非锚固与锚固模型的弹性模量E随岩体分层厚度h和块度α(岩块体积的立方根)的变化规律。试验的16个模型是层状和层状节理岩体非锚固与锚固模型各4个。得出的结论是：层状与层状节理岩体非锚固模型的E随h或α呈指数规律变化。层状与层状节理岩体，在第1加载循环时E随h或α呈对数规律变化：在循环加载时E随h或α呈线性规律变化。在非锚固条件下，岩体发生由表及里的层裂破坏，而锚固使层裂破坏得到了有效控制，模型破裂后仍具有良好的整体承载性能。岩体的h和α越小，锚固效果越好。高应力条件下对层状与层状节理岩体的锚固必须强调各锚固件的强度和锚杆的预紧力。     

地震作用下顺层岩质边坡锚固特性的拟动力分析

实践证明锚杆对边坡加固效果明显,但目前对地震作用下岩质边坡的锚固机制研究还不够深入,因此研究锚固边坡的抗震性能对于边坡锚固的优化设计具有重要意义。采用拟动力法模拟地震加速度时程曲线的输入,并基于极限分析上限定理推导地震作用下顺层岩质边坡临界无量纲总锚固力及锚固边坡稳定安全系数的表达式。通过算例对比分析锚杆倾角、节理面倾角、地震加速度影响系数、地震加速度放大系数、节理黏聚力与内摩擦角对边坡临界状态下总锚固力的影响。研究结果表明:边坡临界状态下锚固力与锚杆倾角、节理内摩擦角、水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数正相关,与节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力负相关;随着节理内摩擦角的增大,水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数对边坡临界状态下锚固力的影响越明显,而锚杆倾角、节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力的影响则逐渐减弱。     

含交叉裂隙节理岩体锚固效应及破坏模式

 用相似材料制作含交叉裂隙岩体无锚及加锚试件,以主次裂隙之间角度、锚固位置及锚杆与加载方向之间角度为变化参数制作32组试件,对试件进行单轴压缩试验,研究含交叉裂隙节理岩体的锚固效应及破坏模式。研究表明：在主、次裂隙位置不变的情况下,锚固位置在裂隙交叉点上方或下方时能得到锚固强度最大值,当锚固位置通过裂隙交叉点时,锚固强度不是最大值,但此时锚后试件峰值强度最稳定;大部分含交叉裂隙加锚岩体强度高于含单一裂隙加锚岩体;主、次裂隙夹角影响节理岩体加锚后力学性能,主、次裂隙夹角为30°左右时节理岩体锚固效果最好;锚杆增强了含交叉裂隙节理岩体抵抗裂隙扩展的能力,降低了含交叉裂隙节理岩体劈裂破坏出现的突然性。     

节理边坡与锚杆耦合作用的空间效应分析

编制符合实际受力和变形情况的锚杆数值计算单元,利用拉格朗日差分计算方法建立节理岩体边坡的数值分析模型,分析锚杆在节理滑移和张开情况下的受力特征,以及与边坡岩体之间的相互耦合作用效果,结果表明:边坡在锚杆加固后,仍存在较大的变形,锚杆起到柔性加固作用;由于锚杆的加固作用,在节理面两侧岩土体的位移变化不大,锚杆对节理岩体起到了拉结作用,但这种拉结作用仅在滑体发生运动后才能产生;由于滑体的运动,导致与之相交的锚杆产生较大轴力,在与节理相交部位均存在锚杆轴力的峰值,从而锚杆呈现轴力多峰值的形态.     

节理岩体边坡概率损伤演化规律研究

露天矿边坡岩体是含有大量空间上随机分布裂隙的三维损伤体，岩体的强度和内部裂隙分布在空间上均具有随机性，岩体损伤是一种概率损伤。应用三维节理网络模拟技术建立节理岩体损伤张量及概率分布规律的计算方法，综合应用Rosenblueth原理、损伤断裂力学与数值模拟等理论与技术，建立三维节理岩体概率损伤演化的耦合分析程序，通过对鞍钢眼前山露天铁矿南帮边坡岩体随采场逐渐下降过程中概率损伤演化规律的数值模拟，计算得出边坡岩体在不同开采阶段的损伤张量的均值与标准差，揭示节理岩体损伤张量在露天矿开采的空间和时间上的动态变化规律，建立露天矿不同开采阶段的边坡岩体三维随机损伤场，为评价露天矿边坡可靠性的动态变化规律奠定基础。     

深部裂隙岩体锚固机制研究进展与思考

 高地应力、高地温、高渗透压以及强时间效应使得深部裂隙岩体表现出一定的延性、蠕变性等软岩力学特性,现有锚固理论落后于工程实践的现状,导致许多锚固工程设计多采用经验、半经验方法。几十年来,国内外诸多学者对深部岩体锚固机制开展了大量现场、室内试验及数值计算工作,岩体锚杆锚固作用机制方面的理论研究取得了丰硕成果,但由于深部岩体所处地质条件的复杂性,这些成果普适性和准确性较低。结合已有的锚固理论,运用合理的数值模拟方法与现场、室内试验对岩土锚固机制进行深入研究,进而指导锚固工程设计施工具有重大意义。对深部裂隙岩体锚固机制研究现状进行了系统全面的总结,归纳分析了该研究领域存在的关键科学问题,主要包括：选择合理的锚固力学传递计算模型、正确描述锚固体应力分布规律、建立合理的锚固界面力学模型。深部裂隙岩体锚固机制研究应综合考虑工程应用效果和加锚岩体形态、加锚构件效应等因素。     

双向锚固岩石边坡抗滑稳定性拟静力分析

锚索加固是岩石边坡常用的支护措施,研究极端条件下加锚岩石边坡的稳定性,提出稳定性分析方法和控制手段是工程界迫切解决的问题。本文基于极限平衡理论,综合考虑冻胀力、水力条件、坡顶超载、地震荷载和多向锚固效应对岩石边坡的影响,建立了极端条件下双向锚固岩质边坡抗滑稳定分析计算模型,并重点分析了几种相关参数组合对岩石边坡抗滑稳定性的影响。计算结果表明:拉裂缝积水、冻胀力、出流缝被堵塞和超载不利于岩石边坡稳定性,安全系数随冻深、张裂缝积水、坡顶超载的增大而减小;而锚固效应及较小的锚固角则对抗滑有积极作用。工程设计中需合理考虑最不利荷载组合,且冻胀力的影响不容忽视。     

矮寨大桥基础岩体稳定问题研究

由于各构筑物及其与高陡边坡紧邻,准确把握构筑物围岩的稳定性及其相互影响,是设计方案能否成立的关键。总结分析矮寨大桥基岩稳定的4个方面的关键问题,并介绍大桥基础岩体勘察所采用的多种手段、主要的地质缺陷、基岩稳定分析结果及施工期监测结果。开挖揭露的地质条件、稳定分析及监测结果表明,多种技术方法是全面认识岩体工程地质条件的必要手段。矮寨大桥基岩的稳定问题集中在两岸高陡边坡上,设计荷载并未引起岩体产生明显变形,各构筑物之间相互影响不明显。只要通过适当的加固措施保证边坡岩体的稳定,桥基岩体稳定性就可以得到保证。设计采用的塔梁分离式悬索桥结构,以及各构筑物的布置是可行的,研究成果支撑了结构设计上的创新。隧道锚因围岩“夹持效应”而产生强大的抗拔能力。由于国内外大型悬索桥采用隧道式锚碇不多,对隧道锚碇围岩的岩石力学问题研究还不够深入,其承载能力可能被严重低估。     

单向加锚双向增强岩质材料力学参数试验研究

岩土锚固技术在边坡工程和地下洞室支护过程中有着广泛的应用,能将较不稳定的岩土体锁固在稳定的地层中,但因岩体结构的复杂性导致岩体存在着沿其结构面破坏的趋势,使锚杆不但承受沿其轴向的抗拉作用,还应发挥沿结构面方向的抗剪作用.为验证单向加筋对岩石力学参数的双向增强作用,基于相似理论,以西南地区常见的灰岩为参照对象,进行了不同...     

压力分散型锚索设计中应考虑的几个问题

 在分析压力分散型锚索锚固机制的基础上,提出该类锚索设计中应考虑的3个问题,即单元锚固段长度的计算问题、承压板处浆体的变形问题和工后坡体变形引起钢绞线的不均匀荷载问题,认为该类锚索较拉力型锚索的锚固力有所提高,是因为浆体受压时径向的膨胀变形受到岩土体约束,岩土体越坚硬约束作用越强,锚固力提高值越多,反之则小。由此提出物理概念清楚、计算简单的单元锚固段长度计算公式。按照承压板处浆体的变形特征,提出变形量的计算公式,由此可进行浆体的变形验算。为消除工后坡体变形引起钢绞线的荷载不均匀问题,建议采用基于工后允许位移的张拉法,给出详细张拉顺序和计算公式。     

新型钉式双锚头压环锚杆锚固机理及工程应用

提出一种新型钉式双锚头压环锚杆，此种锚杆通过双锚头来提高锚固力，即：第一锚头起导向作用，第二锚头与围岩作用，提高锚杆的锚固力，在软岩中第一锚头有直接锚固作用。通过调整压环与锚头之间的距离来确定锚杆的锚固长度。还介绍了此种锚杆的技术参数，并与砂浆锚杆与管缝锚杆进行试验对比，发现钉式双锚头压环锚杆具有锚固力大，后期锚固可靠。锚杆受力后移出量小，能有效地加固围岩，阻止围岩变形，且安装打设迅速，并可立即承载，锚杆各部位结构设计合理，功能齐全，适应性强等特点。通过在大雁局三矿现场应用表明，其现场应用效果较好。     

基于降强法数值计算的复杂岩质边坡动力稳定性安全评价分析

分析复杂岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性的特点,提出基于降低材料强度算法的动力稳定性分析方法。先将软弱结构面抗剪强度指标降低,进行静力计算,在此基础上,再进行动力稳定分析,综合评估边坡的动力稳定性与降强倍数的关系,将边坡处于临界稳定状态下的降强倍数定义为动力稳定安全系数。借助数值计算程序,将上述方法应用于国内某拱坝坝轴线左岸岩质边坡的动力稳定性分析,取得满意的成果。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

危岩锚固计算方法研究

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一，根据失稳类型将危岩分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危岩3类，其破坏机理分别属于剪切破坏、压剪破坏和拉剪破坏。支撑、锚固、充填等是治理危岩的常用技术类型，其中锚固技术使用频率最高。作用在危岩体上的荷载主要有自重、裂隙水压力和地震力，其中裂隙水压力包括天然状态和暴雨条件下的裂隙水压力，可构成3种荷载组合。按照坠落式危岩和倾倒式危岩稳定系数不小于1．5、滑塌式危岩稳定系数不小于1．3的治理目标，基于极限平衡理论并遵循每类危岩的破坏机理，建立了每类危岩的锚固计算方法，包括非预应力和预应力锚固2类技术，获得了确定每种锚固技术所需要的最小锚杆数计算式。所提出的计算方法已经在三峡库区数百个危岩体治理中得到成功应用，为重庆市有关地方标准的修订完善奠定了基础。