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1、群錨對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬研究第35卷第2期2011年4月武漢理工大學(xué)(交通科學(xué)與工程版)JournalofWuhanUniversityofTechnologyfTransportationScience&Engineering)VoI.35NO.2Apr.2011群錨對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬研究*鄭筱彥夏元友(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院武漢430070)摘要:針對李家峽雙滑面巖質(zhì)邊坡,利用有限差分軟件對預(yù)應(yīng)力群錨加固巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬研究.從預(yù)應(yīng)力對巖體應(yīng)力狀態(tài)的改善,錨索預(yù)應(yīng)力隨計(jì)算時(shí)步的變化情況,錨索錨力以及錨索失效對其他
2、錨索以及邊坡穩(wěn)定性影響3個(gè)方面闡述了群錨作用機(jī)理.數(shù)值模擬結(jié)果表明:在多根預(yù)應(yīng)力錨索作用下,單根錨索壓應(yīng)力集中區(qū)相互疊加后形成一個(gè)完整的壓縮帶,群錨效應(yīng)抑制了邊坡體的大變形,可使邊坡整體性加強(qiáng);由一級坡第一排錨索的預(yù)應(yīng)力值變化規(guī)律可知錨索張拉會對相鄰錨索預(yù)應(yīng)力有一定影響;錨索錨力改變,對相鄰錨索的影響較小,同時(shí)對增強(qiáng)錨固力作用不大;部分錨索失效,會引起錨索承擔(dān)的荷載在群錨中發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低.關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力錨索;巖質(zhì)邊坡;群錨作用機(jī)理;數(shù)值模擬;失效中圖法分類號:TU452DOI:l0.3963/j.issn.1006—2823.2O11.02.0l
3、4錨固技術(shù)已成為一種不可替代的巖土工程安全加固措施,邊坡巖體經(jīng)過開挖卸載后,表層失衡的自重應(yīng)力場通過群錨作用得到適當(dāng)恢復(fù),主要作用為對表層卸荷巖體的壓實(shí)壓密,增韌止裂,提高巖體整體性與變形均勻性,降低了局部破壞的機(jī)率,對加固層巖體起到了錨索自由段兩端加壓,加固,形成了新應(yīng)力狀態(tài)的良性調(diào)整【l.j.本文采用有限差分軟件對李家峽巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力群錨加固效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析,以期能為類似的邊坡工程提供借鑒和指導(dǎo)作用.基本原理和計(jì)算單元采用有限差分程序FLAC3D中靜力模式下動(dòng)態(tài)松弛方法分析了預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡效應(yīng),其中,通過對區(qū)域應(yīng)力置零方法的零模型模擬開挖掉的材料.巖質(zhì)邊坡
4、體模擬使用霍克一布朗本構(gòu)模型,其破壞準(zhǔn)則為dl一①+L6(/.)+s].(1)式中,.分別為巖體破壞時(shí)最大與最小主應(yīng)力;.為完整巖石單軸抗壓強(qiáng)度;m一m×expE(GsJ一100)/28—14D3;S—exp[(GSI一100)/(9—3D)],其中:GSI為地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo);D為擾動(dòng)系數(shù).a一0.5+(exp(一GSI/15)一exp(一20/3)),具體數(shù)值可以通過RockLab軟件計(jì)算得到.通過水泥漿加固環(huán)的剪切剛度K,粘結(jié)強(qiáng)度C,摩擦角仇,外圈周長P和有效應(yīng)力描述錨索單元的軸向效應(yīng),其數(shù)值均可以通過拉拔試驗(yàn)和計(jì)算獲得K一2G/[10×ln(1+2t/D)](2
5、)S一兀(D+2t)rlQB(3)式中:G為水泥漿的剪切模量;t為環(huán)帶厚度;D為錨索直徑;r約為水泥漿單軸抗壓強(qiáng)度的一半;Q為水泥漿與巖體粘結(jié)程度參數(shù).斷裂帶及裂隙面采用接觸面分析滑移和分離情況,其剛度參數(shù)計(jì)算如下式k一k一10max{(K+4G/3)/Az…)(4)式中:K為體積模量;G為剪切模量;△為接觸面法向方向上連接區(qū)域上的最小尺寸.收稿日期:20101卜3O鄭筱彥(1979):女,博士生,主要研究領(lǐng)域?yàn)檫吰鹿こ?巖石力學(xué)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)El(批準(zhǔn)號:50874085),廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)El(批準(zhǔn)號:63l23)資助?276?武漢理工大學(xué)(交通科學(xué)與工程
6、版)2Ol】年第35卷2計(jì)算模型,力學(xué)參數(shù)及模擬步驟考慮到邊坡體內(nèi)有斷層F和裂隙面T交叉形成2個(gè)雙滑面楔體,邊坡構(gòu)造及錨索布置方案見圖l,根據(jù)邊坡三維設(shè)計(jì)圖在AUTOCAD軟件中完成實(shí)體剖分并對計(jì)算模型劃分網(wǎng)格,并利用接口程序以點(diǎn),單元和組的數(shù)據(jù)格式保存,實(shí)現(xiàn)三維模型網(wǎng)格的導(dǎo)入.數(shù)值計(jì)算不涉及地震和水對邊坡穩(wěn)定性的影響以及巖體,錨索材料的流變特征,只考慮巖體自重和附加荷載的作用.沿邊坡走向典型地段(含雙滑面楔體),切取長20m,高65IT/一段作為模擬對象,計(jì)算網(wǎng)格如圖Z所示.計(jì)算中材料力學(xué)參數(shù)見表I.】)lL234I5'-6.了:r8joI】t1"13l4:15
7、'6''.20'至l223]:5:粕丁:≥"28129"134I35'6'7389.40一,r1,A一(錨桿編號)圖l邊坡構(gòu)造及錨索布置方案示意圖表1計(jì)算模型相關(guān)參數(shù)圖2錨固邊坡模型構(gòu)造圖數(shù)值模擬過程分3步組成:(1)通過對所有巖體單元賦予重力來實(shí)現(xiàn)初始地應(yīng)力后,模擬邊開挖邊錨固施工過程,并在坡頂施加建筑荷載;(2)取第一級邊坡為研究對象,改變第一排錨索的拉拔力;(3)分別使第一級邊坡上部分錨索失效,即去除該部位錨索結(jié)構(gòu)單元.3計(jì)算結(jié)果分析3.1預(yù)應(yīng)力對巖體應(yīng)力狀態(tài)的改善以第一級邊坡為研究對象,研究坡面,錨固段內(nèi)端點(diǎn)和外端點(diǎn)剖面處位移變化情況.由圖1可知第一級邊坡
8、錨索的長度
