预应力锚索在隧道洞口顺层仰坡加固中的应用研究

摘要

我国是个多山的国家，顺层岩体边仰坡在我国分布十分广泛，近些年随着我国基础设施的不断发展，高速公路的建设越来越多，尤其在顺层岩体地带修建隧道，地形、地质条件复杂，给隧道开挖带来一定困难。隧道洞口一般埋深较浅、围岩风化破碎，加上顺层岩体特殊地质构造，易造成顺层滑坡的工程事故。因此只有对隧道洞口顺层仰坡稳定性方法进行深入研究，采取有效的加固措施，才能保障施工安全。
　　本文以宝汉高速某新建隧道为依托，采用理论分析、数值模拟以及现场监测相结合的方法对隧道洞口顺层仰坡稳定性分析方法及加固措施进行研究。主要研究结论如下:
　　(1)针对不同的仰坡破坏模式，分析总结了不同的顺层仰坡稳定性分析方法，通过对不同的稳定性分析方法进行了适用条件和优缺点对比分析，得出了传递系数法和Sarma法比较适合自然状态顺层仰坡的稳定性分析。
　　(2)传统传递系数法对加锚边仰坡进行稳定性分析时，将锚固力看作集中力施加在锚索所穿过的滑裂面所在的土条的底部，其余土条所分配的锚固力为零。这种计算方法容易导致滑裂面处正应力急剧增加，不符合土条的实际受力状态，影响边仰坡稳定性安全系数的计算精度。针对传统传递系数法锚固力分配不均的弊端，本文根据前人锚固力研究成果提出了改进传递系数法。即将锚索锚固力看作分布力均匀分布在所穿过土条上，而不是传统的将锚固力看作集中力仅作用在锚索与滑裂面交点所在的土条底部。这种改进算法改善了滑裂面应力集中的现象，更能反映土条的实际受力状况，从而提高传统传递系数法在加锚顺层仰坡稳定性分析中的计算精度。
　　(3)将传统传递系数法、改进传递系数法、Sarma法运用到宝汉高速某隧道加锚顺层仰坡具体工程实例中，计算得出的加锚后仰坡安全系数分别为1.26、1.38、1.39，结果表明:传统传递系数法计算加锚顺层仰坡的安全系数偏小，偏于保守，不利于节约工程成本;改进传递系数法与Sarma法相比，不仅计算过程简单快捷而且计算得出的剩余下滑力是确定预应力锚索锚固参数的重要依据，同时，改进传递系数法与Sarma法的计算结果比较接近，验证了改进传递系数法的正确性。说明改进传递系数法是一种较好的顺层仰坡稳定性分析方法。
　　(4)结合宝汉高速某公路隧道具体工程实例，运用有限元分析软件MIDAS/GTS进行数值模拟，针对加锚顺层仰坡的特殊工程概况，采用接触单元法和不同结构体法分别模拟软硬互层仰坡及预应力锚索，在模拟隧道开挖的作用下研究预应力锚索对顺层仰坡稳定性的影响，使有限元模型分析工况更符合工程实际。此外，通过对加锚前后顺层仰坡的最大总位移、最大主应力及现场监测数据进行对比分析，得出加锚后的仰坡总位移和现场监测结果比较接近，而且均低于规范规定允许位移量，满足安全施工要求。从而也验证了改进传递系数法在加锚隧道洞口稳定性分析中的准确性及预应力锚索加固措施的可行性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 顺层仰坡稳定性研究现状

1．2．2 预应力锚索锚固技术研究现状

1．3 本文研究内容

2 顺层仰坡稳定性分析

2．1 顺层仰坡分类

2．1．1 岩层岩性划分

2．1．2 岩层倾角划分

2．2 影响顺层仰坡稳定性的主要因素

2．2．1 内在因素

2．2．2 外在因素

2．3 顺层仰坡的破坏模式

2．3．1 基于几何形态的分类

2．3．2 基于交形破坏机理的分类

2．4 常用的顺层仰坡稳定性分析方法

2．4．1 直线滑裂面法

2．4．2 简化Bishop法

2．4．3 Sarma法

2．4．4 传递系数法

2．4．5 强度折减法

2．5 本章小结

3 预应力锚索加固顺层仰坡的理论分析

3．1 隧道洞口顺层仰坡加固方法

3．1．1 预应力锚索加固

3．1．2 锚杆支护

3．1．3 抗滑桩支护

3．2 预应力锚索分类

3．2．1 拉力型锚索

3．2．2 压力型锚索

3．2．3 压力分散型锚索

3．3 预应力锚索加固顺层仰坡的计算方法

3．3．1 锚索锚固参数设计计算

3．3．2 改进的传递系数法

3．4 本章小结

4 工程应用

4．1 工程概况

4．2 自然状态下仰坡稳定性分析

4．2．1 计算模型的建立

4．2．2 稳定性计算结果分

4．3 预应力锚索锚固参数确定

4．4 加锚后仰坡稳定性分析

4．4．1 传统传递系数法仰坡稳定性计算

4．4．2 改进传递系数法仰坡稳定性计算

4．4．3 Sarma法仰坡稳定性计算

4．4．4 不同稳定性分析方法计算结果的对比分析

4．5 预应力锚索施工方案

4．5．1 总体方案

4．5．2 具体方案

4．6 本章小结

5 Midas有限元软件数值模拟

5．1 有限元软件的介绍

5．2 自然状态下顺层仰坡的数值模拟

5．2．1 基本假定

5．2．2 接触单元

5．2．3 设定边界条件及计算参数

5．2．4 模型建立和网格划分

5．2．5 计算结果及分析

5．3 加锚后顺层仰坡的数值模拟

5．3．1 基本假定

5．3．2 边界条件及计算参数

5．3．3 模型建立和网格划分

5．3．4 锚固荷载的施加

5．3．5 计算结果及分析

5．4 本章小结

6 现场监测分析

6．1 监测对象选取

6．2 监测点布设

6．3 监测结果分析

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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