锚杆加固机理研究及其在边坡工程中的应用
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摘要
本文在查阅大量文献资料的基础上，通过理论分析、实验室试验和数值模拟计算等手段对锚杆的加固机理及其应用进行了初步的研究，主要取得了以下一些成果：
(1) 从研究岩土锚杆的工作特性入手，根据锚杆的受力特征，求出了拉力集中型、拉力分散型、压力集中型和压力分散型等各类型预应力锚索锚固段应力分布的理论解，并对它们的分布特征进行了对比分析。
(2) 系统地分析了影响锚杆加固效果的各种因素，给出了锚固长度的理论计算公式，对全长锚固和端部锚固两种主要锚固方式的加固效果做了理论分析并进行比较。
(3) 综合边坡的地质特征和破坏特征对边坡进行了分类，针对不同类型的边坡，提出了不同的加固方法。针对陕西省延安市王良寺经济适用窑小区大型滑坡治理工程的具体实例，考虑到边坡类型、经济情况和施工方便等因素，本文提出主要用预应力锚索加固该边坡的方案。文中首先运用极限平衡法计算得出了设计边坡的最危险滑移面，然后给出预应力锚索加固边坡的整体设计方案，最后运用有限元强度折减法对边坡稳定性进行分析，分析结果显示，随着土体抗剪强度值的降低，边坡的塑性区从坡底沿着滑动面不断地向坡顶延伸，边坡最危险滑移面和先前由极限平衡法计算得到的滑移面相似。经过对土体强度参数多次折减的计算，确定设计边坡的安全系数为1.35，符合规范的要求，说明设计方案是合理的。
Based on a lot of documents, the thesis acquires some achievements by the way of theory analysis, laboratory test and numerical simulation as follows:
(1) Beginning with the analysis of bolt working and mechanical characteristic, this thesis obtains the theoretical stress-distribution solution of pulling force intensive and dispersive style prestressed-anchor, pressure force intensive and dispersive style prestressed-anchor, then the comparison analysis of different distribution characteristic is done.
(2)The influence factor of bolt reinforcemental effect is systematically researched, and a theoretical formula of calculating the bolt-consolidation length is presented in this thesis forced mechanism of bolt in the different working circumstance. In terms of point-anchorage and fully-anchorage, the consolidation effect is compared and analyzed.
(3)About the Wangliangshi economical kiln areola landslide project, consideration of the slope type and construction convenience, this thesis presents the consolidation scheme of using prestressed-anchor. The most dangerous slipping face is calculated by the limit balance method, and the design scheme of prestressed-anchor reinforcement is presented. The stability factor of consolidated slope is calculated by the FEM strength reduction method. The calculation result indicates that the slope plastic area along the slipping face uninterrupted expanding to top of slope by the reduction of soil strength parameters, and the most dangerous slipping face calculated by strength reduction method is similar to the result calculated by limit balance method, the slope stability factor is defined as 1.35 after many times calculation. According to the specification of national standard, the result of calculation shows that the design scheme is scientific and reasonable.
(1) 从研究岩土锚杆的工作特性入手，根据锚杆的受力特征，求出了拉力集中型、拉力分散型、压力集中型和压力分散型等各类型预应力锚索锚固段应力分布的理论解，并对它们的分布特征进行了对比分析。
(2) 系统地分析了影响锚杆加固效果的各种因素，给出了锚固长度的理论计算公式，对全长锚固和端部锚固两种主要锚固方式的加固效果做了理论分析并进行比较。
(3) 综合边坡的地质特征和破坏特征对边坡进行了分类，针对不同类型的边坡，提出了不同的加固方法。针对陕西省延安市王良寺经济适用窑小区大型滑坡治理工程的具体实例，考虑到边坡类型、经济情况和施工方便等因素，本文提出主要用预应力锚索加固该边坡的方案。文中首先运用极限平衡法计算得出了设计边坡的最危险滑移面，然后给出预应力锚索加固边坡的整体设计方案，最后运用有限元强度折减法对边坡稳定性进行分析，分析结果显示，随着土体抗剪强度值的降低，边坡的塑性区从坡底沿着滑动面不断地向坡顶延伸，边坡最危险滑移面和先前由极限平衡法计算得到的滑移面相似。经过对土体强度参数多次折减的计算，确定设计边坡的安全系数为1.35，符合规范的要求，说明设计方案是合理的。
Based on a lot of documents, the thesis acquires some achievements by the way of theory analysis, laboratory test and numerical simulation as follows:
(1) Beginning with the analysis of bolt working and mechanical characteristic, this thesis obtains the theoretical stress-distribution solution of pulling force intensive and dispersive style prestressed-anchor, pressure force intensive and dispersive style prestressed-anchor, then the comparison analysis of different distribution characteristic is done.
(2)The influence factor of bolt reinforcemental effect is systematically researched, and a theoretical formula of calculating the bolt-consolidation length is presented in this thesis forced mechanism of bolt in the different working circumstance. In terms of point-anchorage and fully-anchorage, the consolidation effect is compared and analyzed.
(3)About the Wangliangshi economical kiln areola landslide project, consideration of the slope type and construction convenience, this thesis presents the consolidation scheme of using prestressed-anchor. The most dangerous slipping face is calculated by the limit balance method, and the design scheme of prestressed-anchor reinforcement is presented. The stability factor of consolidated slope is calculated by the FEM strength reduction method. The calculation result indicates that the slope plastic area along the slipping face uninterrupted expanding to top of slope by the reduction of soil strength parameters, and the most dangerous slipping face calculated by strength reduction method is similar to the result calculated by limit balance method, the slope stability factor is defined as 1.35 after many times calculation. According to the specification of national standard, the result of calculation shows that the design scheme is scientific and reasonable.
引文
[1] 程良奎，韩军，范景伦．岩土锚固．北京：中国建筑工业出版社，2000年
[2] 周维恒主编．高等岩石力学．北京：中国水利水电出版社，1990年
[3] Stephen D Priest. Discontinuity Analysis for Rock Engineering. Chapman &Hall, 1995
[4] 孙均．迎接新世纪的岩石力学若干进展．上海：第五届全国岩石力学与工程大会．1998，11．
[5] 郑颖人，刘兴华．近代非线性科学与岩石力学问题．岩土工程学报．1996(1)12～14
[6] 中国岩土锚固工程协会，岩土锚固新技术．北京：人民交通出版社，1998年
[7] 阎莫名，徐祯祥，苏自约主编．岩土锚固技术的新发展．北京：人民交通出版社，2000年
[8] 黄求顺，张四平，胡岱文编．边坡工程．重庆：重庆大学出版社，2003年
[9] 崔政权，李宁．边坡工程—理论与实践最新发展，中国水利水电出版社，1999年
[10] 肖树芳，杨淑碧编．岩石力学．北京：地质出版社，1987．：253～270
[11] 付国彬．锚杆与围岩相互作用关系及锚固力的研究．北京：中国矿业大学博士学位论文，1999年
[12] 钟新谷，徐虎．全长锚固锚杆的横向作用研究．岩土工程学报，1997(1)：94～97
[13] 谭文辉，蔡美峰．边坡工程研究中的新理论和新方法评述．有色金属(矿山部分)，2001,01：31～32
[14] 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)．北京：中国建筑工业出版社，2001年
[15] 余景顺，王春发．预应力锚索治理不利结构面的岩石边坡．公路，2003．2．第2期：70～73
[16] 孔恒，王梦恕，张成平，基于岩体锚固系统的锚固作用机理认识，铁道建筑技术，2002(1)33～35
[17] 朱浮声，郑雨天．全长粘结式锚杆的加固作用分析，岩石力学与工程学报，1996(4)33～37
[18] 张发明，邵蔚侠．岩质高边坡预应力锚固问题研究，河海大学学报，1999(6)73～76
[19] 徐年丰，陈胜宠，我国岩土预应力锚杆加固技术的发展与存在的问题，水利水电快报，2001(5)20～23
[20] Gaziev E G. Analysis of storage reservoir slope stability. IAEG, Ⅲ IC, Section Ⅲ, Madfid: 127～132
[21] 张发明，陈祖烃，刘宁．岩体与锚固体间粘结强度的确定，岩土力学，2001(12)70～73
[22] 王志宠，刘雨田．不同锚固方式受力机制与性能研究，矿业工程，1994(6)18～21
[23] 吴小广．锚固粘结力影响因素探讨，广西大学学报，2002(16)101～103
[24] 张建勇，郑富德．锚杆作用力对锚固粘结力学性质的影响，山西建筑，2002(6)9～11
[25] 许英姿，唐辉明．滑坡治理中预应力锚索格构梁受力分析．安全与环境工程．2002(9)24～26
[26] Ludvi B. Shear tests on rock bolts. Proc of the Int sym on Rock Bolting. Stoochholm: A. Balkma 1994
[27] 王拉才．岩土锚固机理研究及其应用，武汉：中科院武汉岩土力学研究所博士论文，1995年
[28] 张洁，尚岳全，叶彬．锚杆 p-s 曲线的双折线荷载传递解析算法．岩石力学与工程学报，2005(24)6：3072～3076
[29] 张季如，唐保付．锚杆荷载传递机理分析的双曲线函数模型．岩土工程学报，2002(24)2：187～196
[30] 邹志晖，汪志林．锚杆在不同岩体中的工作机理．岩土工程学报，1993(15)6：101～109
[31] 孔宪宾，余跃心，李先炜，汪洪武．土-锚杆相互作用机理的研究．工程力学，2000(17)3：221～228
[32] 李宁，张平，李国玉．岩质边坡预应力锚固的设计原则与方法探讨．岩石力学与工程学报，2004(23)17：2972～2976
[33] 高永涛，吴顺，孙金海．预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用．北京科技大学学报，2002(24)4：13～18
[34] 何思明，王成华．预应力锚索破坏特性及极限抗力研究工．岩石力学与工程学报，2004(23)17：2966～2971
[35] Yin Jian-Hua. Closed-from solution for reinforced Timoshenko beam on elastic foundation Journal of Engineering Mechanics, 2003, 126(8): 868～874
[36] Gendy A S, Effective modeling of beams with shear deformations on elastic foundation. Structural Engineering and Mechanics. 1999, 8(6): 607～622
[37] Liu C H. Analysis of a cracked beam-column on an elastic foundation. Intemationl Journal of Computer Applications in Technology. 2000,13 (6): 273～279
[38] 宋从军，周德培，肖世国．预应力锚索地梁的内力计算．西南交通大学学报．2001，10：486～487
[39] 李思清，秦立新．预应力拉索锚固桩设计计算及其在公路边坡整治中的应用．广东公路交通，1999增刊：152～154
[40] Arai K, Tagyo K. Determination of noncircular slip surface giving the minimum factor of safety In slope stability analysis. Soils and Foundations. 1997. 25(1): 43～51
[41] BoutruP E, Lovell C. W. Search technical in slope stability analysis. Engineering Geotechnical. 1995. 16(1): 51～61
[42] Huang Y H. Stability analysis of earth slopes. Van Nostrand Reinhold Campany, New York, 1993.
[43] 江志安，于占中，王文胜．边坡稳定性分析的技术探讨．水运工程，2003，4：19～20
[44] 周智勇，李奇平，顾长存．锚索(杆)框架地梁在高速公路边坡防护工程中的应用．广东土木与建筑，2001(5)
[45] 史彦文．锚索框架梁和抗滑桩联合支护在路基高边坡滑坡治理中的应用．公路，2004(2)
[46] 蔡美峰，何满潮，刘东燕．岩石力学与工程．北京：科学出版社．2002年
[47] 史彦文．锚索框架梁和抗滑桩联合支护在路基高边坡滑坡治理中的应用．公路，2004(2)
[48] 陕西工程勘察院．关于陕西省延安市王良寺经济窑小区滑坡岩土勘察报告(初勘、祥勘)．2005年
[49] 土层锚杆设计与施工规范，GB50010-2002．北京：中国建筑工业出版社，2002年
[50] 张发明，刘汉龙，赵维炳．预应力锚索加固边坡的设计实例．岩土力学，2000．6：179～180
[51] 杨航宇，颜志平，朱赞凌，罗志聪编著．公路边坡防护与治理．北京：人民交通出版社，2002年
[52] 张国发，于金．有限元强度折减法在稳定性分析中的应用．岩石力学与工程学报，2002(24)3：2127～2131
[53] 周翠英．有限元大变形理论在边坡工程中的应用．岩土工程学报，2004(21)1：2034～2043
[2] 周维恒主编．高等岩石力学．北京：中国水利水电出版社，1990年
[3] Stephen D Priest. Discontinuity Analysis for Rock Engineering. Chapman &Hall, 1995
[4] 孙均．迎接新世纪的岩石力学若干进展．上海：第五届全国岩石力学与工程大会．1998，11．
[5] 郑颖人，刘兴华．近代非线性科学与岩石力学问题．岩土工程学报．1996(1)12～14
[6] 中国岩土锚固工程协会，岩土锚固新技术．北京：人民交通出版社，1998年
[7] 阎莫名，徐祯祥，苏自约主编．岩土锚固技术的新发展．北京：人民交通出版社，2000年
[8] 黄求顺，张四平，胡岱文编．边坡工程．重庆：重庆大学出版社，2003年
[9] 崔政权，李宁．边坡工程—理论与实践最新发展，中国水利水电出版社，1999年
[10] 肖树芳，杨淑碧编．岩石力学．北京：地质出版社，1987．：253～270
[11] 付国彬．锚杆与围岩相互作用关系及锚固力的研究．北京：中国矿业大学博士学位论文，1999年
[12] 钟新谷，徐虎．全长锚固锚杆的横向作用研究．岩土工程学报，1997(1)：94～97
[13] 谭文辉，蔡美峰．边坡工程研究中的新理论和新方法评述．有色金属(矿山部分)，2001,01：31～32
[14] 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)．北京：中国建筑工业出版社，2001年
[15] 余景顺，王春发．预应力锚索治理不利结构面的岩石边坡．公路，2003．2．第2期：70～73
[16] 孔恒，王梦恕，张成平，基于岩体锚固系统的锚固作用机理认识，铁道建筑技术，2002(1)33～35
[17] 朱浮声，郑雨天．全长粘结式锚杆的加固作用分析，岩石力学与工程学报，1996(4)33～37
[18] 张发明，邵蔚侠．岩质高边坡预应力锚固问题研究，河海大学学报，1999(6)73～76
[19] 徐年丰，陈胜宠，我国岩土预应力锚杆加固技术的发展与存在的问题，水利水电快报，2001(5)20～23
[20] Gaziev E G. Analysis of storage reservoir slope stability. IAEG, Ⅲ IC, Section Ⅲ, Madfid: 127～132
[21] 张发明，陈祖烃，刘宁．岩体与锚固体间粘结强度的确定，岩土力学，2001(12)70～73
[22] 王志宠，刘雨田．不同锚固方式受力机制与性能研究，矿业工程，1994(6)18～21
[23] 吴小广．锚固粘结力影响因素探讨，广西大学学报，2002(16)101～103
[24] 张建勇，郑富德．锚杆作用力对锚固粘结力学性质的影响，山西建筑，2002(6)9～11
[25] 许英姿，唐辉明．滑坡治理中预应力锚索格构梁受力分析．安全与环境工程．2002(9)24～26
[26] Ludvi B. Shear tests on rock bolts. Proc of the Int sym on Rock Bolting. Stoochholm: A. Balkma 1994
[27] 王拉才．岩土锚固机理研究及其应用，武汉：中科院武汉岩土力学研究所博士论文，1995年
[28] 张洁，尚岳全，叶彬．锚杆 p-s 曲线的双折线荷载传递解析算法．岩石力学与工程学报，2005(24)6：3072～3076
[29] 张季如，唐保付．锚杆荷载传递机理分析的双曲线函数模型．岩土工程学报，2002(24)2：187～196
[30] 邹志晖，汪志林．锚杆在不同岩体中的工作机理．岩土工程学报，1993(15)6：101～109
[31] 孔宪宾，余跃心，李先炜，汪洪武．土-锚杆相互作用机理的研究．工程力学，2000(17)3：221～228
[32] 李宁，张平，李国玉．岩质边坡预应力锚固的设计原则与方法探讨．岩石力学与工程学报，2004(23)17：2972～2976
[33] 高永涛，吴顺，孙金海．预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用．北京科技大学学报，2002(24)4：13～18
[34] 何思明，王成华．预应力锚索破坏特性及极限抗力研究工．岩石力学与工程学报，2004(23)17：2966～2971
[35] Yin Jian-Hua. Closed-from solution for reinforced Timoshenko beam on elastic foundation Journal of Engineering Mechanics, 2003, 126(8): 868～874
[36] Gendy A S, Effective modeling of beams with shear deformations on elastic foundation. Structural Engineering and Mechanics. 1999, 8(6): 607～622
[37] Liu C H. Analysis of a cracked beam-column on an elastic foundation. Intemationl Journal of Computer Applications in Technology. 2000,13 (6): 273～279
[38] 宋从军，周德培，肖世国．预应力锚索地梁的内力计算．西南交通大学学报．2001，10：486～487
[39] 李思清，秦立新．预应力拉索锚固桩设计计算及其在公路边坡整治中的应用．广东公路交通，1999增刊：152～154
[40] Arai K, Tagyo K. Determination of noncircular slip surface giving the minimum factor of safety In slope stability analysis. Soils and Foundations. 1997. 25(1): 43～51
[41] BoutruP E, Lovell C. W. Search technical in slope stability analysis. Engineering Geotechnical. 1995. 16(1): 51～61
[42] Huang Y H. Stability analysis of earth slopes. Van Nostrand Reinhold Campany, New York, 1993.
[43] 江志安，于占中，王文胜．边坡稳定性分析的技术探讨．水运工程，2003，4：19～20
[44] 周智勇，李奇平，顾长存．锚索(杆)框架地梁在高速公路边坡防护工程中的应用．广东土木与建筑，2001(5)
[45] 史彦文．锚索框架梁和抗滑桩联合支护在路基高边坡滑坡治理中的应用．公路，2004(2)
[46] 蔡美峰，何满潮，刘东燕．岩石力学与工程．北京：科学出版社．2002年
[47] 史彦文．锚索框架梁和抗滑桩联合支护在路基高边坡滑坡治理中的应用．公路，2004(2)
[48] 陕西工程勘察院．关于陕西省延安市王良寺经济窑小区滑坡岩土勘察报告(初勘、祥勘)．2005年
[49] 土层锚杆设计与施工规范，GB50010-2002．北京：中国建筑工业出版社，2002年
[50] 张发明，刘汉龙，赵维炳．预应力锚索加固边坡的设计实例．岩土力学，2000．6：179～180
[51] 杨航宇，颜志平，朱赞凌，罗志聪编著．公路边坡防护与治理．北京：人民交通出版社，2002年
[52] 张国发，于金．有限元强度折减法在稳定性分析中的应用．岩石力学与工程学报，2002(24)3：2127～2131
[53] 周翠英．有限元大变形理论在边坡工程中的应用．岩土工程学报，2004(21)1：2034～2043