预锚格构体系三维数值仿真及其设计方法研究

摘要

近年来，一种结合预应力锚杆(索)和坡面结构的新型滑(边)坡防护体系即预锚格构体系已广泛运用于滑(边)坡的防护工程中，它利用锚杆(索)的深层加固并结合钢筋混凝土格构梁的浅层护坡，形成了一种兼顾深层抗滑与浅层护坡的复合支护体系，从而达到稳固滑(边)坡的目的。然而，目前国内对预锚格构体系的研究并不成熟，国家还没有正式颁布相关方面的设计与施工规范，工程运用大多停留在类比与工程经验阶段。所以，加强该新型支挡加固技术的受力机理与设计方法的研究，是十分必要和紧迫的。
　　 本文采用数值仿真试验、工程实例仿真并结合现场试验、监测等多种手段对预锚格构体系中格构梁和锚杆的受力性状进行了研究，并在此基础上提出了改进的预锚格构体系设计计算方法。
　　 研究工作及主要结论：
　　 ①借助FLAC3D程序通过数值仿真试验的方法，研究了不同工况下坡体的变形规律和预锚格构体系的受力变化特征。结果表明：坡体的变形及格构梁的受力均受到锚杆(索)锚固预应力、锚固角及其间距等多种因素的影响；而且格构梁的受力还要受到它所处位置的影响。
　　 ②对国家AAAA级风景区-南京狮子山滑坡治理工程北坡Ⅱ区进行数值仿真试验研究，并把仿真结果与工程现场实测资料进行了对比分析。研究结果表明：格构梁和锚杆的受力是一个动态变化的过程，其受力性状在张拉阶段与最终的工作阶段存在较大差异。在张拉阶段，坡顶和坡脚处的格构梁与锚杆的受力没有明显的区别；在最终的工作阶段，坡脚处格构梁与锚杆的受力显著增加，而坡项格构梁与锚杆的受力则显著减小。这是由于滑(边)坡的力学性质引起的，那么预锚格构体系的设计需要考虑滑(边)坡的力学行为，现行的仅依据张拉阶段进行设计的方法尚需改进。
　　 ③在数值仿真与工程实例分析的基础上，根据理论分析提出了基于极限平衡理论的预锚格构体系设计计算方法，并对具体工程实例进行了计算，将计算结果与该工程现场实测资料进行了对比，验证了该计算方法的工程适用性。