岩质边坡锚喷加固的有限元分析及其工程应用

摘要

近年来锚喷加固法因其良好的整治效果、可实施性强、施工简便、相比其他加固措施经济合理而得到广泛应用，但由于目前对锚喷支护在高边坡加固中的作用机理尚未完全弄清，而且研究的重点放在单根锚杆工作机理上，对锚杆、喷层、岩体的相互作用研究不够，如全长粘结型锚杆在工作阶段的受力状态、外锚头的合理长度取值、喷层的受力分析等都没有得到足够的重视，同时，我国岩质边坡锚喷加固设计与施工规范尚未建立，而《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)的实施对象为硐室，与边坡有较大的差别。这给边坡锚喷加固设计与施工的规范化带来困难。 本文以三峡库区湖北省秭归县第三批高边坡项目为背景，应用ANSYS有限元分析软件对不同岩体类型分别建立全长粘结型锚杆、喷层、岩体和自由段无粘结型锚杆、喷层、岩体相互作用模型，并进行比较分析；针对全长粘结型锚杆拉拔试验在实际工程中存在的问题及其不合理性，提出一些建议，获得了一些具有理论意义和实用价值的成果，归纳起来有以下几点： 1．自由段无粘结型锚杆工作阶段：侧向岩土压力将全部传递给锚喷面层及外锚头；全长粘结型锚杆工作阶段：侧向岩土压力由锚喷面层及锚杆自由段共同分担； 2．锚杆自由段注浆能分担相当一部分侧向岩土压力，减轻锚喷面层受力，在整体或块状岩体结构中，自由段注浆能分担0.25～0.41倍的侧向岩石压力；层状结构岩体中，自由段注浆能分担0.14～0.39倍的侧向岩石压力；碎裂或散体结构岩体中，自由段注浆能分担0.01～0.1倍的侧向岩石压力； 3．引入折减系数“k”，对现行规范中的岩石侧压力计算式进行修正，作为锚喷面层的设计荷载； 4．给出了全长粘结型锚杆外锚头(弯钩)长度的建议计算公式； 5．结合三峡库区青干河高切坡工程实例，采用修正后的计算公式进行锚喷面层及外锚头的设计，计算结果证明本工程锚喷支护结构的设计是合理的； 6．确定锚固体与地层间粘结强度特征值时锚固段不得太长，否则不但理论上存在谬论，还将造成受力筋拉断而锚固段完整无损；锚杆验收试验要注意试验方法，以保证验收的科学性和合理性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2边坡稳定性分析方法研究现状

1.2.1确定性方法

1.2.2非确定性方法

1.3岩土边坡加固方法概述

1.4国内外锚喷支护技术研究发展现状

1.5本文的主要工作

第2章岩质边坡变形破坏机理及稳定性分析

2.1边坡岩体结构的基本类型

2.2岩质边坡变形破坏机理分析

2.2.1岩质边坡变形破坏基本形式

2.2.2岩质边坡变形破坏应力分析

2.3影响岩质边坡稳定的主要因素

2.4本章小结

第3章锚杆喷射混凝土加固措施

3.1岩质边坡锚喷加固作用机理

3.2锚杆设计

3.2.1锚杆材料

3.2.2锚杆选型

3.2.3锚杆设计

3.3喷射混凝土设计

3.4本章小结

第4章喷层、锚杆、岩体相互作用分析

4.1全长粘结型锚杆的受力状态

4.1.1全长粘结型锚杆端部未受拉力时的受力分析

4.1.2全长粘结型锚杆端部受拉力时的受力分析

4.1.3锚杆工作阶段的受力分析

4.2喷层、锚杆、岩体相互作用的ANSYS分析

4.2.1 ANSYS有限元分析软件简介

4.2.2 ANSYS有限元模型的建立

4.2.3 ANSYS有限元计算结果图形及分析

4.2.4考虑相互作用时锚喷面层和锚头的设计

4.3本章小结

第5章工程实例

5.1工程概况

5.2治理方案及支护结构设计

5.3考虑相互作用的支护结构设计

第6章锚杆试验方法探讨

6.1锚杆基本试验

6.2锚杆验收试验

结论与展望

参考文献

致 谢

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