边坡超前支护锚杆数值模拟研究

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1、《西藏科技》2014年1期(总第250期)交通科研边坡超前支护锚杆数值模拟研究张正波李新坡冯振中詹生辉(1．西藏自治区公路局，西藏拉萨850000；2．中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041)摘要：针对采用锚杆进行边坡超前支护的设计问题，采用有限差分软件FLAC进行了分析。FLAC内建的零厚度接触面单元用以模拟锚杆和岩土层之间的相互作用，据此计算锚杆加固后边坡的安全系数。数值模拟分析发现，锚杆的倾角、长度、间距等因素对加固后边坡的安全系数有明显的影响，是边坡加固设计中需要优化的项目。对一个理

2、想边坡的分析结果显示：锚杆倾角为15。左右时加固效果最优；锚杆的长度达到一定值(6．0m)后，边坡安全系数不再随锚杆长度增加而增大；边坡的安全系数随锚杆间距增大而降低。FIAC对超前支护边坡的分析结果可以用于指导边坡的开挖设计，是解决开挖导致边坡破坏的有效方法。关键词：边坡稳定锚杆数值模拟FIAC山区的道路、水利、城市建筑等工程项目的建设过全系数的影响，分析了边坡超前支护锚杆的作用机制。程中经常需要对自然边坡进行开挖，产生了大量的人1锚杆加固边坡的数值分析方法工边坡。边坡开挖扰动及卸荷可能导致边坡开挖后在1．

3、1剪切强度折减法短时间内失稳破坏，这会增大工程的难度、增加投资，强度折减法在岩土数值分析中应用广泛，特别是并且可能会使工期加长。边坡超前支护是指在人工边在边坡稳定性分析计算方面，通过大量的数值分析对坡形成之前，首先对其进行危险性评价，若判定该边坡比，证明了其可靠性和强大的功能]。相对于传统不稳定，特别是在施工过程中就可能发生破坏，则在边的极限平衡法，强度折减数值分析方法的优势主要是坡开挖之前先进行支护结构设计和施工，然后再进行不需要预先假定边坡破坏的模式，边坡的安全系数及边坡开挖。破坏面的形状和位置可以通过分

4、析，“自然地”得出过去的5O多年里，永久性注浆锚杆广泛应用于工来。另外，基于强度折减的数值分析方法已经成功程结构的加固，同时也有一些学者对锚杆加固边坡的地用于桩或者锚杆加固边坡的稳定性分析”】。作用机制进行了研究]。Hryciw[=4把锚杆的作用考基于强度折减的数值分析方法中，折减后土体的虑为作用在边坡上的一些离散的坡面荷载，采用无限抗剪强度参数、可定义为：体边坡理论进行分析，以确定在无粘性土边坡中锚杆C，的最优倾角。CaiandUgai提出了一种新的基于简一F化Bishop法的锚杆加固边坡安全系数的计算方法

5、，采一tan-()(2)，用三维弹塑性有限元和强度折减法进行分析，并比较了极限平衡分析和有限元分析的计算结果。其中，F为强度折减系数；c、为Mohr—边坡超前支护锚杆目前在公路工程中未全面广泛Coulomb屈服准则下土体的真实抗剪强度参数。在应用，但是它可以有效解决边坡开挖扰动卸荷造成边数值分析中，用折减后的土体强度参数、代替真实坡破坏的难题，具有很大的工程应用价值。文章采用值进行计算。首先，F的初始值设为较小的值以确保有限差分数值分析软件FLAC_6和强度折减法分析锚边坡土体处于弹性状态，计算出边坡的初始应

6、力。然杆加固边坡问题，讨论了超前支护锚杆对开挖边坡安后，逐渐增大F值直到边坡发生整体的破坏，则认为*交通部西部科技项目“西藏干线公路边坡锚固结构耐久性与维护关键技术研究”(20093187984)；中国科学院“西部之光”项目(09R2200200)59《西藏科技》2014年1期(总第250期)交通科研锚杆过长，带来浪费。4．1超前支护锚杆对边坡的加固作用可以有效的避免边坡在开挖过程中发生失稳破坏，起到预加固的效果；4．2锚杆的倾角、长度、间距等因素对加固后边坡的安全系数有明显的影响，是边坡加固设计中需要优化的

7、项；4．3以一个理想边坡进行分析，锚杆倾角为l5。时加固效果最优，锚杆的长度达到一定值(6．0m)后，边坡L／m图5边坡安全系数和锚杆长度L的关系安全系数不再随锚杆长度而增大，边坡的安全系数随3．3锚杆间距的影响锚杆间距增大而降低。图6所示为锚杆长度为6m，倾角为l5。时，边坡安参考文献全系数随锚杆问距的变化关系。当锚杆间距变化时，[1]何思明，李新坡，王成华．高切坡超前支护锚杆由于锚杆的最大轴力和边坡的破坏模式基本相同，边作用机制研究[J]．岩土力学，2007，28(5)：1050坡的安全系数随锚杆间距增大

8、而降低。在工程应用—1055．中，锚杆的间距通常大于1．5m【。[2]何思明．高切坡超前支护桩与坡体共同作用分析[J]．山地学报，2OO6，24(5)：574—579．[3]李新坡，何思明，徐骏，等．预应力锚索加固土质边坡的稳定性极限分析[J]．四川大学学报：工程科学版，2006，38(5)：82—85．[4]HryciwRD．Anchordesignforslopestabilizationbys