公路边坡坡率优化设计与压力分散型锚索锚固机理研究

摘要

本文结合国家自然科学基金项目(50874085)与广东省科技计划项目(63123)，以二广高速公路(粤境)怀集至三水段工程为背景，针对该公路工程出现的边坡坡率设计和压力分散型锚索加固边坡问题，采用现场调查、模型试验、现场试验、理论分析与数值模拟分析相结合的方法展开了系统深入的研究。
　　 论文在对二广高速公路(粤境)怀集至三水段公路沿线路堑边坡的施工期工程地质调查基础上，结合勘察与设计资料，对路堑边坡工程地质进行了分类研究，分析了路堑边坡稳定性的影响因素，结合设计指出了该公路路堑边坡设计存在的问题，给出了优化设计的建议。
　　 根据对以往工程案例的总结分析，提出了基于环境效益的公路路堑边坡坡率设计思路，即当公路路堑边坡稳定坡率接近自然坡率时，设置垂直支挡或放陡坡率并采用预应力锚索(杆)进行支护可以有效改善路堑边坡对环境的破坏。基于此设计思想，对现场存在“削山皮”现象的路堑边坡进行了优化设计，主要采取垂直支挡和放陡处理，收到了很好的效果。
　　 采用模型试验、现场试验与数值模拟相结合方法对压力分散型锚索的锚固机理进行了研究。现场原位试验进行了2孔压力分散型锚索张拉过程测试，室内试验采用3块1：1模型模拟在3种不同强度围岩中压力型锚索的张拉过程，试验主要测试锚固段受力及锚固系统的破坏形式等。与以往采用轴应变测试不同，试验皆采用剪应变测试技术。由试验与数值模拟分析可知：(1)压力分散型锚索锚固段受力存在有效长度；有效长度随预应力增大有所增大；现场与室内试验条件下，有效长度的最大值均不超过2m，现场设计的锚固段长度可从5m缩短为3m；(2)注浆体的剪应变(力)分布长度范围随围岩强度增大而减小，剪应变(力)峰值随岩体强度和张拉力增大而增大；在承载板附近产生高度的应力集中；(3)在模型试验的条件下，压力分散型锚索的主要破坏模式为钢绞线的强度破坏，不存在砂浆体的整体破坏情况；(4)通过数值计算创新性提出了锚固段粘结力曲线的三种类型，可以对锚固体受力机理进行很好的解释。(5)揭示了注浆体轴力不对称、不均匀的分布特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1选题依据与研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1路堑边坡坡率设计研究

1.2.2预应力锚索发展进程

1.2.3预应力锚索锚固机理研究

1.2.4边坡锚固效应研究

1.3论文的主要研究内容

1.3.1主要内容

1.3.2技术路线

1.4论文的主要创新点

第2章 工程概况与路堑边坡现场调查

2.1工程概况

2.2工程地质概况

2.3路堑边坡分类与稳定性影响因素分析

2.4重点路堑边坡调查

2.4路堑边坡动态设计流程

2.5本章小结

第3章 路堑边坡坡率优化设计

3.1路堑边坡坡率设计

3.2基于环境效益的路堑边坡坡率设计方法

3.3相关工程案例分析

3.4典型工程实例优化设计与应用

3.5坡率对稳定性影响的数值分析

3.6工程量及施工安全性对比

3.7本章小结

第4章 压力分散型锚索锚固机理试验研究

4.1试验概述

4.2现场试验

4.2.1试验场地概况

4.2.2测试系统

4.2.3测点安装和张拉步骤

4.2.4试验成果与分析

4.2.5小结

4.3室内模型试验

4.3.1模型设计

4.3.2模型材料及力学参数

4.3.3模型制作技术

4.3.4测试系统

4.3.5试验步骤

4.3.6试验成果及分析

4.3.7小结

4.4本章小结

第5章 压力分散型锚索锚固机理的数值模拟试验

5.1试验目的

5.2锚固段受力特点数值试验

5.2.1试验方案设计

5.2.2数值分析方法

5.2.3模型建立

5.2.4计算结果分析

5.3本章小结

第6章 结论及展望

6.1结论

6.2不足与展望

参考文献

在读研究生期间参加的主要科研项目及发表的论文

致谢