不同上部結(jié)構(gòu)下錨桿加固巖坡與結(jié)構(gòu)及獨(dú)立基礎(chǔ)共同作用分析

周鴻軻 朱愛軍 曾祥勇 趙歡樂

摘 要：目前國內(nèi)對(duì)巖質(zhì)邊坡的錨固研究不多，本文采用有限元數(shù)值分析方法，對(duì)錨桿加固巖質(zhì)地基在不同上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。計(jì)算分析表明：錨桿內(nèi)力隨錨固深度加深而減小，隨離坡頂距離增大而增大;隨著框架層數(shù)的下降，巖坡水平位移降低導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的水平位移也降低;隨著框架層數(shù)的上升，基礎(chǔ)向近坡面處傾斜，坡面處沉降較大，遠(yuǎn)離坡面沉降較小;隨著建筑層數(shù)增加，基礎(chǔ)的內(nèi)力會(huì)增大，且此時(shí)基礎(chǔ)內(nèi)力分布不對(duì)稱的趨勢(shì)會(huì)隨著邊坡地基變形增大;隨著建筑層數(shù)減少，坡頂上部框架底柱彎矩分布越接近于對(duì)稱分布，隨著建筑層數(shù)增加，底層框架邊柱的彎矩分布會(huì)向反方向改變。本文所得結(jié)論對(duì)實(shí)際工程具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：錨桿;巖質(zhì)邊坡;上部結(jié)構(gòu);獨(dú)立基礎(chǔ);數(shù)值分析

中圖分類號(hào)：TU470? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）02-0112-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的擴(kuò)張，城市用地越來越少，目前，國內(nèi)建立了未錨固和錨固條件下的土質(zhì)邊坡變形及變形區(qū)計(jì)算方法[1-3]，但對(duì)巖質(zhì)邊坡的錨固研究不多，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)踐基礎(chǔ)上提出多種力學(xué)模型，包括桿單元模型、梁或柱單元模型、等效模型等。本文在此基礎(chǔ)上，采用Drucker-Prager模型[4]，對(duì)錨桿加固巖質(zhì)地基[5-6]在不同上部結(jié)構(gòu)及獨(dú)立地基共同作用進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析[7]，得出一些定性結(jié)論，對(duì)相關(guān)工程有一定的指導(dǎo)和參考意義。

1 計(jì)算模型建立

如圖1，分別設(shè)置為三種不同層高的框架結(jié)構(gòu)建筑物，其中柱間距為6米，每一跨跨度也為6米，分別設(shè)置6層框架的柱截面為0.25m2，12層框架的柱截面為0.49m2，18層框架的柱截面為0.81m2，橫梁截面寬為0.3m、高為0.55m?；A(chǔ)采用柱下獨(dú)立擴(kuò)展基礎(chǔ)，其中臺(tái)階高度為0.5m，底面尺寸為2m×2m。上述結(jié)構(gòu)物均采用C30混凝土。建筑物相鄰巖質(zhì)邊坡坡腳為90o。

為了建模與研究便捷，本文從縱向截取部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。如圖2所示，為了使得上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)在進(jìn)行變形計(jì)算時(shí)達(dá)到受力平衡。將建筑物柱下部和巖質(zhì)邊坡接觸的部位設(shè)置為兩個(gè)單元的公共點(diǎn)，

2 本構(gòu)模型及參數(shù)的選擇

在數(shù)值分析時(shí)，假設(shè)柱下基礎(chǔ)和巖質(zhì)邊坡頂端梁為線彈性材料，框架結(jié)構(gòu)梁所受到的荷載由屋面設(shè)計(jì)荷載推出為13kpa。

所研究建筑物所在地區(qū)普遍為紅層軟巖，并應(yīng)用D-P準(zhǔn)則，采用ANSYS軟件對(duì)其經(jīng)i像那個(gè)數(shù)值分析，各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

在沒有固定的整體建筑與巖質(zhì)邊坡共同作用分析的計(jì)算結(jié)果中，邊坡中沒有出現(xiàn)邊坡破壞的塑性區(qū)，如果在此情況下加入錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，邊坡的穩(wěn)定性、安全性將得到更好的提升。

根據(jù)現(xiàn)在施行的建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，錨桿參數(shù)為表2，取單孔錨桿由3根直徑28mm的HRB400的熱軋帶肋鋼筋組成，錨桿間距為2.5m×3m，錨長(zhǎng)度為6.56m。

3 不同建筑層數(shù)情況

3.1 邊坡及框架結(jié)構(gòu)的位移

圖3（a）、（b）、（c）為計(jì)算模型正立面的中心的邊坡剖面。由圖3所示，離邊坡最近的柱頂產(chǎn)生最大豎向位移。

如圖所示，位移最大處在離邊坡最近的柱頂（見表4）和邊坡坡頂（見表3），隨著遠(yuǎn)離邊坡建筑物柱頂?shù)奈灰茖p小。所以建筑物的層數(shù)越少坡頂荷載越小，表層的穩(wěn)定性越大。在實(shí)際施工中，水平位移的控制與減少更能提高地基的穩(wěn)定。

3.2巖坡錨桿受力

錨桿在不同高度建筑荷載的作用下，變化的規(guī)律大致與邊坡變化規(guī)律相同。即插入邊坡越深，內(nèi)力越小。距離坡腳越近內(nèi)力越大。但錨桿深度對(duì)內(nèi)力的影響要大于邊坡高度對(duì)內(nèi)力的影響。

錨桿受力情況如圖4

3.3基礎(chǔ)的沉降和內(nèi)力

在不同實(shí)常數(shù)與不同層數(shù)情況基礎(chǔ)的沉降如圖5所示。分別用不同線形表示不同層數(shù)。由圖可知建筑層數(shù)的增加導(dǎo)致荷載增加從而導(dǎo)致沉降增加，也是導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降不均勻的條件之一。

由圖5還能看出，相同層數(shù)情況下沉降分布為兩邊大中間小，呈U形分布，且遠(yuǎn)端住下獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降大于近端沉降。但隨著層數(shù)減少，兩端的沉降差也會(huì)隨之減小，從遠(yuǎn)端最大變?yōu)榻俗畲蟆?/p>

圖6可看出，彎矩的大小會(huì)隨著框架的升高逐漸增大，造成基礎(chǔ)受力增加，彎矩也增大。同時(shí)緊挨邊坡的基礎(chǔ)受到邊坡變形的影響，相較于其他住下基礎(chǔ)來說變形也會(huì)增大。

3.4 坡頂建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力

圖7中截取了不同框架的中間兩品。

由圖7所示，在低層框架中，底部柱的內(nèi)力分布呈現(xiàn)對(duì)稱，而中層框架中，底部柱的內(nèi)力逐漸開始不對(duì)稱，在高層框架中，底部柱的內(nèi)力呈現(xiàn)完全不對(duì)稱的結(jié)果，原因是距離邊坡越近，層數(shù)越高，邊坡的不均勻沉降將會(huì)越大，對(duì)柱的影響與將會(huì)增大。

4結(jié)論

本文研究了不同上部結(jié)構(gòu)下錨桿加固巖坡與結(jié)構(gòu)及獨(dú)立基礎(chǔ)共同作用，在不同條件下進(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)建筑物層數(shù)、基礎(chǔ)與邊坡距離兩個(gè)因素在不同組合下進(jìn)行研究，從而得出結(jié)論。

（1）建筑層數(shù)與巖坡水平位移降的下降，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的水平位移也降低;

（2）隨著框架層數(shù)的下降，巖坡水平位移降低導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的水平位移也降低;

（3）建筑物越高，基礎(chǔ)整體向近坡面處傾斜，在遠(yuǎn)離坡面處，沉降較小;

（4）隨著建筑層數(shù)增加，基礎(chǔ)的內(nèi)力均會(huì)隨之增大，基礎(chǔ)內(nèi)力分布不對(duì)稱的趨勢(shì)會(huì)上漲，對(duì)于條基彎矩不對(duì)稱的變化更為明顯;

（5）隨著建筑的升高，底層邊柱的彎矩分布會(huì)逆向改變，隨著建筑層數(shù)減少，坡頂上部框架底柱彎矩分布越接近于對(duì)稱分布。

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