单锚及群锚失效对边坡稳定性的影响研究

摘要

本文通过理论分析、室内模型实验和有限元数值计算等手段对“单锚及群锚失效对边坡稳定性的影响”进行了分析研究，旨在为锚固失效对边坡稳定性的影响提供依据，为边坡岩土锚固安全评价提供参考，从而达到减少公路灾害，促进行业技术进步的目的。 本项目主要研究了边坡锚固作用与失效的机理；不同位置和失效顺序时单锚及群锚失效对边坡稳定性的影响，锚失效后荷载重分布特征与力的传递规律；分析了主动锚与被动锚失效对边坡稳定性的影响；分析了粘结锚与无粘结锚失效对边坡稳定性的影响；对比试件坡面无格子梁、有纵梁、横梁和纵横梁时荷载重分布和力的传递规律异同。 锚固失效对边坡稳定性影响的一些有意义的新成果，主要有： (1)预应力锚索对边坡的加固效果比较显著。在坡项加载时，边坡破坏由未设锚前的完全沿结构面脆性破坏转变为设锚后复杂受力的塑性破坏，提高了边坡承载能力，且破坏前有一定预兆。 (2)群锚中某一锚索失效会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象，结构面压缩带同时被削弱，结构面的整体安全度降低；相邻同排或同列间群锚效应较大；上排锚索分担不平衡力提高的幅度较下排大；对位锚索失效后，其它相邻锚索受力增加幅度相对较大；在较低坡顶加载情况下群锚作用提高幅度比高加载时大。在试件较低加载时，上排锚索先失效不利于充分发挥边坡自身承荷能力，此时下排锚受力尚未能充分发挥。 (3)被动锚作用时试件所能承受的开裂和最大荷载较主动锚低，同时被动锚位移较主动锚大。在锚索出现失效后，试件残存的承载力仍然是被动锚更低，但被动锚试件在每次锚失效时试件承载力降低的幅度要小。失效过程中均存在群锚效应，主动锚相对很明显，被动锚相对不明显。 (4)锚索有无粘结力对于边坡稳定性有一定影响，无粘结试件开裂荷载较小，而在单锚及群锚失效后，边坡的承载能力相对较大。从失效后来看，无粘结锚一旦失效后群锚作用相对较小，危害性相对较大，而粘结锚失效后仍能分担一定的不平衡力。 (5)当边坡中有单锚或群锚失效时，有梁边坡承载能力仍然比无梁边坡高，其中设有纵横梁的边坡加固效果最好，其次是设有横梁的，最后是设有纵梁的边坡。有梁试件中的锚索比同级加载的纯锚试件中的锚索受力要小，且设梁以后锚索的受力相对比较均匀。锚索受力大小情况是：设纵横梁<设横梁<设纵梁<纯锚试件。设有纵横梁的结构受力最均匀，其次是设置横梁结构，而纵梁结构由于上下锚索受荷差别较大，容易导致梁身受力不均产生拉应力破坏。同时梁结构应该有一定柔度以适应坡体位移，充分利用边坡自身的卸荷能力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录

重庆交通大学学位论文原创性声明及版权使用授权书

第一章绪论

1.1问题的提出及研究的意义

1.2国内外研究现状及综述

1.2.1边坡的失稳机理研究

1.2.2关于锚固失效形式与影响因素的研究现状

1.2.3锚杆(索)加固作用机理研究现状

1.3本文研究的目的，主要研究内容和技术路线

第二章边坡锚固失效机理的理论研究

2.1引言

2.2岩质边坡常见的失稳与破坏形式

2.3影响锚固边坡失稳的因素

2.4预应力锚索加固边坡作用机理的认识与分析

2.5锚固失效机理研究

2.5.1锚固体通常认为的几种破坏模式

2.5.2影响预应力失效的因素研究

2.5.3影响锚固失效的因素分析

2.6本章小结

第三章单锚及群锚失效的模型试验研究

3.1实体工程情况

3.2模型实验基本原理

3.3模型尺寸及材料的确定

3.3.1相似比

3.3.2模型实验装置

3.3.3模型材料

3.3.4试验仪器

3.4模型制作及加载方案

3.4.1均质岩体模型试件的制作

3.4.2模型试件的加载

3.4.3试验总体方案

3.5各实验具体方案与结果分析

3.5.1无锚边坡与有锚边坡对比分析

3.5.2不同位置和顺序的锚失效对边坡稳定性的影响

3.5.3主动锚和被动锚失效对边坡稳定性的影响

3.5.4粘结锚索与无粘结锚索的锚失效对边坡稳定性的影响

3.5.5不同坡面结构形式的锚失效对边坡稳定性影响

3.6本章小结

第四章单锚及群锚失效的数值模拟分析

4.1前言

4.2锚固边坡有限元模型的建立

4.2.1模型单元的选取及材料的本构关系

4.2.2模型材料参数的选取

4.2.3有限元模型建立

4.2.4有限元中边坡失稳的判据

4.3有限元计算结果分析

4.3.1锚固作用机理分析

4.3.2不同位置与顺序的单锚及群锚失效对边坡稳定性影响计算分析

4.3.3设置横梁时不同位置单锚及群锚失效对边坡稳定性影响计算分析

4.3.4设置纵梁时不同位置单锚及群锚失效对边坡稳定性影响计算分析

4.3.5设置纵横梁时不同位置单锚及群锚失效对边坡稳定性影响计算分析

4.3.6对比分析坡面不同的设梁结构

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文