浅论边坡岩体锚固性能研究及其工程应用

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1、河海大学博士学位论文边坡岩体锚固性能研究及其工程应用姓名：洪海春申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：徐卫亚;蔡耀军20070501摘要岩体锚固是岩土工程领域中非常重要的分支，而岩体锚固性能研究是岩体锚固中的核心问题之一．采用锚固技术进行边坡岩体的加固和防护是最普遍、最经济和最有效的方法之一。针对边坡岩体锚固性能研究及其工程应用中存在的受力特性、长期性能和耐久性等问题开展了比较深入系统的研究工作。本文主要研究成果如下：(1)基于弹性理论，按照半空间体在边界上受法向集中力作用，对预应力锚索锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行模型研究。通过分析实际工程和现场试验

2、中剪应力分布特征，引入与预应力、锚固段长度、岩体强度、注浆材料强度等相关的综合参数n和与剪应力最大值的位置、锚固段钻孔直径等相关的综合参数口后，可以较好地模拟锚固段的剪应力特性。根据锚固段岩体和注浆体界面的抗压强度以、内摩擦角p以及综合参数Ⅱ与预应力大致成线性反比例关系，可以估算极限承载力。同时，按本文所述方法计算实际需要的锚固段长度厶是设计锚固段长度￡d的2tan矿倍。最后，实例分析表明研究成果是合理的。(2)单孔多筋全长粘结式长锚杆可用于解决不良地质条件、岩性较差边坡的浅表层岩体加固问题。针对乌江构皮滩水电站尾水边坡工程的实际，对铺杆进行试验研究．研究表明，

3、锚杆的基本性能良好。根据监测资料分析锚杆轴力特性，结合前人研究成果，提出锚杆尺寸效应的概念。工程实践证明，锚杆设计合理，值得在类似工程中推广使用。(3)考虑锚索预应力和边坡岩体蠕变的耦合作用，采用新的非线性粘塑性体(NVPB)组成的改进西原模型，建立了两者的耦合模型，推导了锚索预应力长期变化的计算公式，可以反映各种情形下真实的预应力损失变化规律。针对乌江构皮潍水电站尾水边坡工程中的预应力锚索的现场监测值和理论计算值进行对比分析，验证了计算公式的正确性与合理性。研究成果可以为边坡岩体预应力锚固长期性能提供参考或依据。同时，提出改善预应力锚固长期性能的工程措旖．(4

4、)将预应力锚索注浆体受到的环向应力，考虑为预应力引起的注浆体环向拉应力和锚索体对注浆体的锈胀力共同作用，推导出锚索体均匀锈蚀导致注浆体开裂时的极限增长量计算公式。在前人研究成果基础上，得出了高陡边坡岩体的预应力锚索开裂时服务年限的估算表达式，为预应力锚固耐久性研究提供参考。最后，结合雅砻江锦屏一级水电站左岸1885m高程以上开挖边坡岩体加固工程中的2000kN预应力锚索和3000kN预应力锚索，探讨了与服务年限相关的4个影响因素及其相对重要性：预应力对服务年限最不敏感，随着预应力的增加，服务年限逐渐减小，曲线呈线性函数关系：预应力值的选择主要取决于确保工程的1R

5、河海大学博士学位论文稳定性；锚索体直径要相对敏感很多，随着锚索体直径的增加，服务年限逐渐增加，曲线的斜率逐渐稍微变陡；然后是握裹层厚度，随着握裹层厚度的增加，服务年限也逐渐增加，曲线的斜率逐渐稍微变陡；最敏感的是注浆体抗压强度，随着抗压强度的增加，服务年限逐渐增加，曲线的斜率也逐渐稍微变陡。同时，提出改善预应力锚固耐久性的工程措施。(5)将边坡岩体锚固性能研究的成果和结论应用于清江水布垭水电站马崖高陡边坡Flss断层加固工程中，采用测斜仪、多点位移计、锚索测力计、裂缝计开合度等现场监测资料反馈分析和锚圃洞轴力、岩体位移等有限元数值模拟计算相结合，分析了边坡岩体断

6、层锚固的性能，提出了边坡岩体断层连接锚固的概念，对于类似工程具有重要的借鉴价值。关键词z边坡岩体、锚周性能、剪应力特性，锚固段长度、锚杆尺寸效应、长期性能、耐久性、断层连接锚固IVAbs仃actRockmassanchorageistheveryimportantbranchofthegeotechnicalengineeringfield．Meanwhile，researchonanchoragepropertiesofrockmassisoneoftherockmassanchorageco懈．Anchoragetechniqueisthemostpreva

7、lent,themosteconomicalandthemosteffectivemeasureofreinforcementandprotectionofrockslopemasS．Therefore,therelativelyprofoundandsystematicstudiesonanchoragepropertiesofsloperockmassanditsengineeringapplicationsarecarriedoutconcernedwiththemechanicalproperties,long-termperformance，durab

8、ility,andoth