类土质边坡特性及其锚固设计理论研究

对类土质边坡的性质、锚固特性及锚固边坡稳定性计算方法进行了系统研究。首先通过大量的现场调研完善了类土质边坡的地质模型，给出了该类边坡的分类和破坏方式及破坏机制；对锚索加固边坡的离心相似模型进行了研究：在离心模型试验中对锚索预应力进行了测量，并对其扩散进行了研究。通过现场试验与离心模型试验相结合，对锚索框架的受力模式进行了研究：对预应力锚索加固边坡的稳定性计算方法分锚固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行了研究：最后采用FLAC^3D对类土质边坡锚固效应、铺索预应力的损失、框架梁的内力分布及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟，取得了以下主要结论和成果：（1）提出了类土质边坡较为完善的概念，即由岩体风化而成的保留或部分继承了原岩的结构面等其他岩体特征且未经二次堆积的土体物质或破碎岩体物质构成，稳定特性明显区别于均质土边坡及岩质边坡的一类边坡。并将类土质边坡按风化前原岩的软硬程度及其组合情况划分为3种类型：软岩全～强风化边坡、软、硬岩相间的全～强风化边坡、硬岩全～强风化边坡。分析了类土质边坡的破坏方式及破坏机制。（2）采用离心相似模型试验对预应力锚索及锚索框架加固类土质边坡进行了系统研究，为此类试验提供了理论依据。研究了离心模型试验中锚索力及框架弯矩、锚固力自坡面向坡体内传递规律的测试方法。通过花岗岩残积上边坡的离心模型试验研究，得出在无结构面时，边坡的坡角与极限边坡高度的关系与马斯洛夫给出粗粒土边坡的坡度与稳定坡高的关系基本一致，可以用马斯洛夫方法指导此种边坡的设计。（3）在研究现有锚固段锚上界面模型的基础上，阐述了基于锚固段土体位移的交界面模型，随着锚固力的逐渐增大，锚固段土体位移可以分为3个阶段：土体颗粒间的相对移动，土体的剪切应变，土体的整体移动。以此模型为基础，分析了锚固预应力的损失机制。（4）针对无框架和有框架两种情况，分别推导了锚固力的传递范围，为锚索间距的大小提供了依据。并进行了离心模型试验及现场试验，得出的结果与理论推导的结果基本一致。（5）推导了框架梁内力的变形梁法计算方法，进行了现场试验和离心模型试验。由结果可以看出，变形梁法能使框架的设计得到较大的优化。变形梁法计算模式能较好地反映锚索框架的实际工作状态，可以认为该计算模式计算锚索框架的内力比较合理。（6）将预应力锚索加固类土质边坡的稳定性计算分为铺固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行。给出了耦合阶段将锚索预应力作用点移至坡面的边坡稳定性计算方法。针对解耦阶段的边坡稳定性分析，提出了以岩土体沿潜在弱面位移为基础的边坡稳定性计算方法。将该阶段边坡所受的锚固力分为原锚索预应力的剩余值和岩土体与灌浆间的剪切阻力，并给出了后者的计算公式。（7）对类土质边坡的锚固效应、锚固力的损失规律、框架梁的内力分布以及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟。通过对类土质边坡开挖效应的模拟，得出多级边坡在开挖过程中将对已开挖坡面产生附加应力和附加位移，在边坡的岩土工程支挡设计中应充分考虑这一点，应使支挡结构的承载能力可以满足多级边坡开挖形成的附加应力的要求。     

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。     

锚索失效对边坡稳定性影响的数值研究

针对典型岩质边坡,通过数值模拟试验,研究锚索预应力变化及失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程和失稳形态等问题.预应力损失的最初阶段对锚索轴力和边坡承载力的影响较大,增加锚索长度对轴力分布影响不大,预应力损失引起边坡位移的变化较小.坡体中的某一排锚索失效将导致下滑推力重新分布,剩余锚索的轴力及坡体位移将大幅增长,但轴力沿锚索的整体分布形态基本不变.承担较大荷载的上排索对约束坡顶竖向位移效果显著,下排索对约束坡脚水平位移效果显著,一旦这两处的锚索失效,对边坡稳定性影响较大,而中排锚失效相对安全.边坡安全系数随预应力损失和各种形式的锚索失效呈加速下降的趋势,对锚固失效后边坡的综合处治宜早不宜迟.     

边坡加固中的锚固技术

通过对锚固技术的说明,分析了在岩土体边坡加固中岩质边坡的破坏原因,阐述了锚固力及抗拔力的概念,对预应力锚索结构及其作用进行了论述,最后指出采用锚固技术可使边坡岩土体形成一个复合整体,从而增加边坡稳定性,并改善和提高滑动面的抗滑性能。     

边坡–锚固结构受力特性与预应力损失研究

预应力锚索是边坡加固中最常见的支护手段,揭示其预应力时程变化规律对开展加固边坡的长期稳定性研究具有重要意义。首先以剪切滞模型为基础,研究预应力锚索锚固结构三要素(锚筋、砂浆体及围岩)的受力特性及荷载传递机制,得到锚固结构界面剪应力及锚筋轴向应力分布的计算公式。进一步地根据锚筋–砂浆体界面剪应力是否超过两者接触界面黏结强度,提出预应力耦合模型与预应力解耦模型;其中,预应力解耦模型是基于剪切滞模型建立,可计算锚索预应力最终平稳值。最后,以水布垭水电枢纽马崖高边坡锚固工程为实例,探究预应力时程变化规律并提出预测公式。研究结果表明：锚固结构界面剪应力分布及锚筋轴向应力分布曲线均呈负指数型衰减的特征;实际监测数据的拟合结果证明该预测公式的合理性;理论计算平稳值与实际预应力平稳值误差最大值仅为2.17%,验证预应力解耦模型的准确性。     

锚索预应力变化影响因素及模型研究

 岩土体在预应力锚索作用下的压缩变形、锚索自身松弛、周围环境条件的变化等都能引起预应力的变动或损失,这种变化对加固效果和岩土体的稳定性具有十分重要的影响。在综合分析锚索预应力阶段变化特点的基础上,将影响锚索预应力变化的因素归结为可补救、长期作用和周期波动三类,并分别进行了定量和定性分析。根据岩土材料蠕变特性和金属材料松弛特性,采用四参数组合模型反映其相互作用影响。通过实际工程现场长期监测数据,验证了模型的合理性,并建立了考虑波动因素的预应力长期变化峰值预测公式,以用于分析预应力锚固工程的长期稳定性。     

破碎岩质边坡预应力锚固机制数值模拟研究

以金华-丽水-温州高速公路破碎岩质边坡预应力锚固工程为例，对破碎岩质边坡的预应力锚固机制开展系统的数值模拟分析。首先，依据现场实测预应力锚索张拉吨位与岩体变形的关系曲线，通过数值反分析，确定边坡岩体的力学参数，建立岩体力学计算分析模型。结合现场监测数据和室内试验研究成果，重点分析锚索预应力的扩散方式，探讨岩体质量、锚索张拉吨位以及外锚固结构对加固坡体应力和变形分布的影响规律，揭示预应力锚索体系的应力传递规律和坡体变形响应规律，从力学机制上揭示预应力锚索加固该类破碎岩质边坡的机制。     

边坡锚固工程分析中的水平条分法

对目前中国规范推荐用于边坡加固计算的垂直条分传递系数法进行研究,发现将该方法用于边坡锚固受力分析时,不仅存在垂直条块与加固结构体(锚杆和锚索)相互交叉,而且计算得出的锚固力与加固体的实际锚固力存在偏差等缺陷。在相关资料提出的、用于加筋土稳定性分析的水平条分法基础上,结合边坡锚固工程的特点,将该水平条分法做进一步拓展,使其能适用于锚杆和锚索等边坡锚固工程的稳定性计算,并通过工程实例对拓展后的水平条分法进行了验证。     

单锚及群锚失效对边坡稳定性影响的模型试验研究

针对典型岩土体边坡,通过室内模拟试验,研究锚力变化或锚失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程、失稳形态以及坡面设置格子梁对锚索张力及边坡稳定性的影响等问题。群锚抑制坡体的变形效应,可使岩体均匀性、整体性加强,增加韧性和承受大变形而不破坏的能力。群锚中某一锚索锚力变化会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象,结构面压缩带同时被削弱,结构面的整体安全度降低;某一锚索的失效也会引起相邻锚索接连失效的多米洛效应,导致边坡稳定性急剧降低。坡面施加格子梁结构可调动坡面更大范围岩土体发挥自承能力,分担锚索承担的部分荷载,改善边坡的稳定性。岩坡加固设计中应注意格子梁结构强度与锚索锚固力相匹配。     

格构梁预应力锚索加固岩堆体边坡数值模拟

在岩堆体边坡地区建设高速公路、铁路和隧道,不仅仅在施工阶段要考虑边坡稳定性,而且在工程运营阶段也要考虑边坡的长期稳定性问题,因此对边坡的加固是非常必要的。本文主要对预应力锚索加固岩堆体边坡加固效果进行FLAC数值模拟,通过比较施加锚索前后边坡位移、潜在滑动面、锚索轴力、应力及安全系数变化来说明锚索加固的作用。     

预应力锚杆内力传递分布规律与时空效应

为了得到预应力锚杆在基坑开挖过程中受力分布特性,结合西宁火车站综合改造项目,对桩锚支护结构在不同阶段锚杆的受力特征进行现场内力测试试验,试验测得了锚杆轴力和摩阻力随时间及空间分布规律,分析了锚杆支护过程边坡潜在滑移面的动态演化规律,探讨了预应力锚杆自由段与锚固段相互关系,结果表明:未锁定时,受力增加了预应力锚杆的初始应力,对其受力不利,应严格予以控制,锁定后,锚杆摩阻力沿锚固段渐进式减小,摩阻力不断向后传递,但摩阻力峰值并未出现改变;锚杆锚固作用使得边坡潜在滑移面向深部转移,同时,滑移面剪出口沿坡脚向上转移,剪出口位于距基坑底部约H/3处;预应力锚杆自由段长度越长受力越好,但应以超出预估可能出现最终滑移面一定深度最为经济合理,在满足锚固力要求的情况下,锚固段长度存在一临界值,超过临界值则浪费。     

地震作用下预应力锚索对岩石边坡稳定性影响的模拟方法及锚索优化研究

以西部某水电岩石高边坡为背景,采用杆单元和杆单元节点集中力的方法模拟边坡自由式预应力锚索,通过有限元模拟和拟静力法分析相结合的分析方法,由有限元软件计算在地震作用下的锚索内力分布、边坡位移,并通过自编后处理程序计算出最不利结构面组合下的边坡整体稳定性安全系数。在此基础上,研究预应力锚索的锚固角度、预应力大小、锚固深度、锚索排间距与结构面之间的空间关系对地震作用下边坡变形和整体稳定性的影响规律,并以此为依据提出预应力锚索优化设计方法。     

浅谈岩土预应力锚索孔道水泥灌浆的质量控制

岩土预应力锚固技术遍及土木工程的各个领域,如边坡、坝体、桥梁等。而岩土预应力锚索周围介质多为岩体和土体,环境条件比较复杂,高拉应力作用下的锚索腐蚀断裂,是威胁预锚使用寿命的主要因素。本文结合拉力型粘结式预应力锚索浅析岩土预锚从施工准备、成孔、锚索制作与安装、孔道灌浆的全过程对孔道水泥灌浆的影响因素和各环节质量控制,以确保孔道水泥灌浆的质量,为锚索提供可靠的锚固力和防腐蚀保障。     

孔道成孔工艺对锚固力损失的分析与控制

预应力锚索锚固作用机理复杂,影响预应力锚固效果的因素众多,锚固力损失与材料性质、被锚固介质力学特性、锚夹具质量、施工工艺等因素有关。锚索施工工艺对锚索锚固力损失的影响主要体现在孔道成孔工艺,通过孔道成孔工艺研究,推导出了孔道摩擦损失理论计算公式,该公式更加符合工程实际,具有较大的实用价值。同时对孔道成孔引起的锚固力损失提出了相应的工程控制措施。     

土质边坡加固中预应力锚索框架内力分布的试验研究

利用现场试验方法,研究了土质边坡加固中预应力锚索框架的内力分布规律,以指导锚索框架工程的设计;得出了同一等级锚固力作用下框架的内力分布规律与不同等级锚固力作用下框架的内力变化特征,以及锚索力在框架纵横梁之间的分配特点;同时验证了锚索框架内力的Winkler弹性地基梁计算模式。     

治理某煤矿筛分场滑坡工程中预应力锚索的设计

本文论述了预应力锚索的特点、设计方法和优越性 ,着重介绍了预应力锚索加固的设计方法     

On the seismic stability analysis of reinforced rock slope and optimization of prestressed cables

The evaluation of the seismic stability of high rock slopes is of vital importance to ensure the safe operation of the hydropower stations. In this paper, an equivalent pseudo-static force analysis based on the finite element method is developed to evaluate the seismic stability of reinforced rock slopes where the prestressed cables are modeled by the bar elements applied with nodal forces and bounded only at the anchored parts. The method is applied to analyze a high rock slope in south-west China and the optimization of cables. The stabilization effects of prestressed cables on the seismic stability of the slope are studied, the simulations of the concrete heading are discussed and the potential failure modes of the shear concrete plug are compared. Based on this, the optimization of cables is studied including the anchor spacing and inclined angles.     

昆明红粘土地层锚固力试验研究

在昆明世博园周边边坡治理过程中，为了更好地指导实际工程，根据试验结果，研究预应力锚索在红粘土中的受力特性。分别采用Phillips和剪应力均布法两种锚固段剪应力分布理论，对试验数据进行分析研究，推导出了两种锚固力的简要计算公式。     

基坑工程预应力锚索锚固力试验研究

基坑工程预应力锚索锚固力的影响因素很多，主要有锚固段的岩土层物理力学性质、锚索施工工艺及锚索张拉锁定过程中的预应力损失等。通过工程试验，分析锚索锁定时钢绞线不均匀受力，造成这种现象主要有两个原因：（1）千斤顶在自重作用下，千斤顶轴心偏离锚索的轴心；（2）锚杆孔的施工角度与设计角度的误差，引起锚索与锚座不垂直。通过试验分析单次张拉锁定的预应力损失、循环荷载下锁定的预应力损失，循环荷载下，锚索的锚固力增加，预应力损失减少。分析基坑开挖过程中锚索锚固力动态监测结果。讨论锚索抗拔验收试验标准存在的问题，提出锚索弹性变形简化计算方法，对锚索抗拔验收试验标准提出了改进建议，锚索抗拔验收试验应综合考虑锚头总位移、每级荷载下锚头位移量及卸荷后锚头位移的回弹率等3个指标。     

预应力群锚高边坡增稳机理研究

本文阐述国家"八五"重点科技攻关项目"高边坡预应力群锚加固机理研究"中加锚岩体的变形体传力特征。通过现场群锚试验,室内模型试验和数值计算验证研究,发现群锚增稳不同于刚体法加锚的岩体的受力传力动态机理效应,提出了依安全度布锚增效的新参数理论,探讨了判别加锚效果的岩体表层新生压应力层的"岩壳效应"场的机理依据