預(yù)應(yīng)力錨索的錨固效應(yīng)對(duì)巖質(zhì)邊坡蠕變的影響研究

劉遠(yuǎn)洋

【摘 要】 對(duì)邊坡施加預(yù)應(yīng)力錨索是工程加固的一種常見形式，探究其錨固效應(yīng)對(duì)于巖質(zhì)邊坡蠕變的影響在工程界有積極的指導(dǎo)意義。本文利用FLAC3D建立了錨固邊坡模型，結(jié)合工程及室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)經(jīng)驗(yàn)選用Cvisc蠕變模型，從邊坡和錨索兩個(gè)不同方面考慮，得出了邊坡的水平位移—時(shí)間及錨索拉應(yīng)力—時(shí)間變化關(guān)系，并結(jié)合邊坡未錨固和已加固的不同工況，對(duì)比巖體變形趨于穩(wěn)定后的水平位移場(chǎng)云圖，綜合表明預(yù)應(yīng)力錨索的錨固效應(yīng)對(duì)限制巖質(zhì)邊坡的蠕變是有利的。

【關(guān)鍵詞】 預(yù)應(yīng)力錨索;蠕變;FLAC3D;巖質(zhì)邊坡

【中圖分類號(hào)】 TU472 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）02-0016-03

1引言

預(yù)應(yīng)力錨索加固是永久性巖質(zhì)邊坡支護(hù)的有效形式之一，也是一種主動(dòng)加固手段。工程研究者從錨固機(jī)制和巖體蠕變角度出發(fā)，力求保證工程穩(wěn)定性。

目前研究錨固效果多從力學(xué)角度出發(fā)，分析了錨固體系的力學(xué)行為，但關(guān)于錨索對(duì)巖質(zhì)邊坡蠕變影響的研究較少。因此，本文運(yùn)用FLAC3D著重從預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)巖質(zhì)邊坡加固的角度出發(fā)，研究巖體蠕變時(shí)預(yù)應(yīng)力錨索的影響。

2實(shí)際工程分析

一般情況下先進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，然后結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的蠕變模型，再確定模型參數(shù)。本文結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)經(jīng)驗(yàn)采用Cvisc模型。

2.1工程概況

鄂西山區(qū)某高速公路段東南側(cè)18m處有一邊坡，為臺(tái)階式邊坡。由工程地質(zhì)報(bào)告可知，該地區(qū)巖體主要由中風(fēng)化云母石英片巖組成，呈灰色，具鱗片變晶結(jié)構(gòu)，巖芯的組織結(jié)構(gòu)清晰可辨，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。

2.2建模及參數(shù)選取

本文利用FLAC3D建立模型，坡面向里為X軸正方向長(zhǎng)120m，沿坡高方向?yàn)閆軸正方向高70m，厚0.8m。左右側(cè)水平約束，底部邊界固定約束，如圖1所示。

將上述模型賦摩爾庫侖參數(shù)見表1。預(yù)應(yīng)力錨索分自由段和錨固段。本工程7根錨索全長(zhǎng)16～22米，從下到上編號(hào)為1#～7#長(zhǎng)度遞增1米，錨固段長(zhǎng)為8米。漿體參數(shù)見表2，示意圖見圖2，對(duì)巖質(zhì)邊坡加錨后見圖3。

錨索統(tǒng)一施加540kN的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉，分析邊坡位移場(chǎng)（見圖4）與錨索應(yīng)力場(chǎng)（圖5）云圖：坡體有向右位移，越靠近坡體表面越大，最大值大致在0.1mm-0.14mm區(qū)間，錨固段有向左位移，最大值可達(dá)0.22mm。錨固段的最大值在1#錨索的端首約28.9MPa，最小值在3#錨索的端末約0.08MPa。

先利用強(qiáng)度折減法確定邊坡巖體臨界破壞時(shí)的滑面情況，結(jié)合初始水平位移場(chǎng)分布在坡體，設(shè)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坡腳（40，0.4，30）、坡體內(nèi)（75，0.4，50）和坡頂（70，0.4，70），記為1、2、3。然后賦Cvisc模型（圖6），相應(yīng)參數(shù)見表3。

2.3計(jì)算及結(jié)果分析

本文控制600天的蠕變總時(shí)長(zhǎng)，分別導(dǎo)出坡腳的水平位移—時(shí)間關(guān)系見圖7，坡體內(nèi)及坡頂?shù)那€圖見圖8和圖9所示。

由圖7～圖9可知，邊坡蠕變約100天穩(wěn)定后，錨固工況下的坡腳向左移動(dòng)0.12mm，未錨固工況是0.10mm;錨固工況下的坡體向左移動(dòng)0.10mm，后者為0.08mm;錨固工況下的坡頂沿X軸正向位移穩(wěn)定在0.02mm，未錨固工況下沿X軸負(fù)向移動(dòng)0.02mm。

對(duì)圖5中的1#、4#、7#錨固段端末添加軸向應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將軸向應(yīng)力—蠕變時(shí)間關(guān)系導(dǎo)出見圖10。巖體蠕變100天左右達(dá)到最大值，約290天后穩(wěn)定。比較三條曲線可以得知，端末拉應(yīng)力相對(duì)初期增大，1#索端末拉應(yīng)力約0.26MPa、4#索端末拉應(yīng)力約0.19MPa、7#索端末拉應(yīng)力約0.21MPa。拉應(yīng)力最大值在1#索端首約29.28MPa;5#錨索端末最小約0.18MPa。

最后，比對(duì)邊坡水平位移場(chǎng)圖11和圖12，邊坡未錨固時(shí)蠕變使邊坡整體左移，且最大位移區(qū)（0.11mm-0.14mm）集中在坡腳以及坡體表面;錨固時(shí)，最大位移區(qū)已轉(zhuǎn)到坡體內(nèi)，坡頂蠕變改善明顯。

3結(jié)論

利用FLAC3D建立了預(yù)應(yīng)力錨固的巖質(zhì)邊坡模型，從邊坡和錨索兩個(gè)角度得出了邊坡坡腳、破內(nèi)和坡頂?shù)奈灰婆c時(shí)間的關(guān)系，以及錨索拉應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系，并和未錨固的邊坡對(duì)比分析，揭示了錨固效應(yīng)對(duì)巖體蠕變的影響機(jī)理，總結(jié)出結(jié)論：

（1）錨索錨固后在巖體周圍產(chǎn)生一個(gè)初始水平位移場(chǎng)，表面分布了X軸正向的初始水平位移。巖體進(jìn)入蠕變階段后，坡體若未錨固會(huì)向左移動(dòng)，但錨固后坡腳處位移和坡頂處位移減小，而坡體內(nèi)部略微增大。比照?qǐng)D11和圖12得，X軸負(fù)向最大水平位移場(chǎng)從邊坡表面移動(dòng)到了坡體內(nèi)，該變化對(duì)限制坡腳、坡體表面位移有利。

（2）錨固段的拉應(yīng)力隨時(shí)間的推移而增大，且在減速蠕變階段增幅明顯。這說明錨固段為抵抗巖體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)增加了一定的拉應(yīng)力來減弱這種影響。變形趨于穩(wěn)定后，錨索錨固段的拉應(yīng)力也趨于穩(wěn)定，說明錨索錨固可以減小邊坡蠕變影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何峰，王來貴，姚再興，等.煤巖層狀邊坡蠕變破裂數(shù)值模擬[J].金屬礦山，2011（4）：41-44.

[2]陳安敏，顧欣，顧雷雨，等.錨固邊坡楔體穩(wěn)定性地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006（10）：2092-2101.

[3]李劍，陳善雄，余飛，等.預(yù)應(yīng)力錨索加固高陡邊坡機(jī)制探討[J].巖土力學(xué)，2020（2）：1-8.

[4]韓愛民，李建國(guó)，肖軍華，等.預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁的支護(hù)力學(xué)行為研究[J].巖土力學(xué)，2010，31（9）：2894-2900.

[5]李佳宇，張子新.FLAC3D快速入門及簡(jiǎn)單實(shí)例[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016：114-117.

[6]蔣海飛，胡斌，劉強(qiáng)，等.考慮巖土蠕變特性的邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究[J].金屬礦山，2013（12）：131-134，157.