考虑锚杆刚度效应的边坡加固机理及应用研究

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目前,随着岩土工程的飞速发展,岩土锚固技术在滑坡治理工程中获得了广泛的应用,并取得了良好的经济效益与社会效益。如何充分发挥锚杆(索)的锚固潜力,是岩土锚固技术所面临的一个重要问题。本文所提出的该种具有一定抗弯剪刚度的锚杆,改变了传统锚杆抗剪能力不足的弱点,能够有效限制边坡岩土体的下滑破坏,并在实际滑坡加固治理工程中获得了一定应用与推广。本文以该种锚杆为研究对象,考虑锚杆的刚度效应,从理论分析、数值模型试验两种方法入手,对其加固边坡滑面的机理及其加固边坡稳定性的应用评价,作了一定的分析研究,全文主要内容及成果包括以下三个方面:(1)根据边坡破坏的机理,分析了边坡滑面的力学特性,以及锚固对边坡滑面分布形状与抗剪强度的影响,通过锚固数值剪切试验,考虑锚杆的刚度效应,分析了边坡滑面采用文中该种锚杆加固前后力学性质的变化,并研究了锚杆锚固角度、滑面厚度等因素对试验结果的影响。研究表明,采用文中该种锚杆进行加固,能够不同程度的提高滑面处的等效摩擦角与等效粘聚力,从而提高滑面处的抗剪强度,且当锚杆设置角度为40°左右时,锚固效果最优,滑面抗剪强度最大。(2)运用塑性力学极限分析的原理,考虑锚杆的刚度效应,从能量耗散的角度,建立了锚杆加固边坡在极限状态下所对应的临界破坏机构,计算出内能耗散率与外力做功功率的大小,通过虚功率方程,分别建立了基于强度折减技术与重力加载技术的边坡安全系数。据此,提出了锚杆上限设计原理,对锚杆加固边坡的锚固角度与滑面以下有效锚固长度进行了优化分析。(3)利用数值模拟技术,通过自编的强度折减法,进行了考虑锚杆刚度效应的边坡稳定性分析,并讨论了变形参数、内摩擦角、粘聚力、本构模型、强度折减方法、锚杆锚固参数、布置方式等因素,对计算结果的影响。本文所做的研究工作将为文中此类考虑刚度效应的锚杆加固机理、设计方法与应用推广提供一定的理论依据。
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