某隧道出口段高边坡监测技术研究

开展边坡的监测对确保人民群众生命财产的安全具有重要的意义。为动态掌握边坡的变形与应力情况,评价边坡治理的效果,通过对某隧道出口段高边坡的雨量监测、锚索预应力监测、表面位移监测及加速度监测的分析,掌握了该高边坡的稳定性情况及加固的效果。结果表明,降雨作用是诱发边坡失稳的一个重要因素。监测期内,该高边坡锚索预应力变化过程分为两个阶段:第一阶段为预应力下降阶段,基本为锚索测力计安装后15 d左右;第二阶段为预应力基本稳定阶段,地表累计位移为4～7 mm,位移速率为0～0.05 mm/d,坡体加速度未出现明显突变现象。结果验证了该边坡加固支护方案的有效性,为今后同类型边坡的防治与监测提供借鉴。     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

粉砂岩路堑高边坡施工监测与动态设计

结合高速公路路堑高边坡工程实例,利用施工监测联合边坡稳定有限元数值模拟进行边坡动态设计。研究结果表明:通过监测边坡施工现场深部位移可以及早发现边坡滑动趋势,准确推测边坡潜在滑动面位置;粉砂岩路堑高边坡开挖后在自然状态下基本稳定,但是在降雨饱水条件下边坡塑性变形区范围增大,边坡安全系数显著降低,边坡由局部破坏发展为整体滑动破坏,模拟分析结果与施工监测结果具有较好的一致性;利用边坡稳定分析有限元强度折减法计算得到的边坡变形拟合实测变形和滑动面,可以确定坡体当前状态的等效力学参数;采用有限元数值模拟方法优化设计边坡加固方案,可以确定边坡最终形态以及锚索加固位置、加固长度、加固密度和设计预应力;边坡优化设计后,在自然与降雨饱水2种工况下边坡塑性应变区域及位移形变量均较小,边坡安全系数满足设计规范的安全要求;施工完成后,边坡处于稳定状态,说明基于现场监测联合有限元分析方法确定的边坡加固方案是可靠的。     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

预应力锚索对岩质边坡加固效应的数值模拟

针对预应力锚索加固岩质边坡稳定性分析与评价问题,应用FLAC 3D建立了双滑面楔形体边坡模型,模拟了边坡边开挖、边锚固的施工过程及室内模型的超载破坏试验,分析了锚固岩体的位移和应力、节理裂隙面位移随工况的变化以及锚索预应力损失等问题.研究结果表明:预应力锚索加固作用提高了边坡整体的稳定性;分析边坡的整个破坏过程可知边坡的变化过程为柔性变化,而不是刚性变化;从锚索预应力变化情况可知锚索自上而下进入屈服状态,不同部位的锚索受力有先后、大小之分,呈不均匀分布;对锚固后边坡安全系数进行计算,计算结果与模型试验得出的结果相近.     

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的影响研究

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的位置、形状及安全系数影响不容忽视,利用极限平衡法对荷载作用下锚索在不同长度,不同角度和不同排列方式下的潜在滑移面位置及安全系数进行了研究.分析结果表明:①锚索长度存在一个临界值,在该长度下边坡安全系数达到最大值;②预应力锚索有一个能提供最大抗滑力的倾斜角度,边坡按这个角度支护时稳定性最佳;③在边坡坡顶存在荷载时,锚索总长度相等的情况下采用上短下长排列时边坡安全系数更大.研究结果对于坡顶存在荷载时边坡的锚固设计具有借鉴意义.     

贵州某缓倾顺层岩质边坡稳定性分析与评价

贵州某缓倾顺层岩质边坡具有“夹心饼干”式特殊坡体结构,在对其工程地质环境条件及边坡基本特征调查和分析的基础上,认为该边坡的变形破坏模式为滑移-拉裂型;同时对边坡稳定性进行定性分析和定量分析,得出边坡在天然工况下处于欠稳定状态,在暴雨工况下处于不稳定状态.最后提出采用抗剪锚杆、锚拉桩和预应力锚索等多种支护手段进行治理的建议.     

高边坡治理设计探讨

针对某高速公路具有代表性的3个高边坡进行了分析,根据风化岩质边坡结构面及破坏形式的不同,选取了不同的支护形式.通过采用预应力锚索对滑动破坏型边坡主动加固,达到了允许边坡发生一定位移的目的,充分发挥其自稳能力,并结合全长锚固锚杆支护、GPS2柔性支护及喷播绿化对高边坡综合治理,实现了经济、合理、安全、适用的目标.最后对综合治理设计边坡的施工技术进行了总结,为今后高边坡的综合治理提供借鉴.     

地震作用下复合土钉支护边坡稳定性模型及应用

在考虑复合土钉支护结构与土体协同工作的情况下,根据土质边坡的破坏模式,考虑预应力锚杆中施加的预应力对稳定性计算的影响,根据极限平衡理论建立复合土钉支护边坡地震稳定性分析模型.推导计算机搜索法的边坡复合土钉支护滑移面动态搜索模式,实现随着复合土钉设计参数变化的复合土钉支护稳定性动态分析过程.较好地解决了地震作用下复合土钉支护结构稳定性分析问题.编制复合土钉支护边坡动力稳定性分析程序,结合具体工程实例进行验算.结果表明这种稳定性分析模型能够较准确地确定复合土钉支护边坡的最危险滑移面及其对应的稳定系数,具有较高的可靠度;该计算方法对土质较均匀的黄土地区是适用的.     

高陡黄土边坡多级有限填土加筋土-框锚组合体系抗滑分析

针对黄土滑塌高边坡治理加固中的空间受限、高填方填筑及水平位移变形等问题,提出了多级有限填土加筋土-框锚组合体系;目前对其抗滑稳定分析鲜有研究。依托陕西铜川某高陡边坡为背景,通过利用有限元数值计算和现场监测、测试,分析了该组合体系抗滑作用效果。结果表明:随着支护结构的逐步施加对边坡位移控制明显,锚索轴力变化具有一定的规律性。锚索自由段轴力最大,锚固段轴力变化曲线呈下凹型,向尾部方向逐渐变小,端部接近零;锚索应力对坡体内部变形敏感程度较高,锚索对坡体位移控制起到关键作用。有限加筋土-框锚组合体系协同作用下,框架锚索提供抗滑力约占总抗滑力的62. 73%,有限加筋土挡墙提供抗滑力约占总抗滑力的37. 27%,框架锚索与有限加筋土分担下滑力比值为1. 68∶1。有限填土加筋土与框架锚索组合柔性支挡结构可以有效治理黄土滑塌高边坡病害,实现了预期的抗滑设计效果。研究结果为中国范围内同类高陡边坡治理提供有益的参考,为拓展边坡与地质灾害治理方式和理论提供基础依据。     

自由式单孔多锚头预应力锚索在边坡加固中的应用

锦屏一级水电站由挡水、泄洪及消能、引水发电等建筑组成,水库正常蓄水位1880m,水库总库容为77.6亿m^3,电站装机6台,总装机容量为3600MW。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝,最大坝高305m;因两岸受地质构造影响强烈,断层、层间挤压破碎带、节理裂隙等各类结构面发育。现场观察变形主要表现为倾倒拉裂,也有滑移拉裂、滑移压致拉裂等变形破裂迹象。这些变形破裂迹象处于开挖边坡中,对边坡开挖及其稳定性具有重要影响。为此,设计对电站进水口和泄洪洞引渠后高边坡采用预应力锚索加固支护处理,边坡预应力锚索采用自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索,取得了良好的支护效果,满足了电站设计和工程要求。     

埋入式双排桩在土质滑坡治理工程中的应用

埋入式双排桩由于具有整体刚度大、抗侧移刚度大及抗滑能力强且受力合理等优点,因而被广泛应用在深基坑支护与大型滑坡治理工程中.以某土质滑坡为例,利用MIDAS/GTS分别对未治理的土质滑坡和采用埋入式双排桩支护后的土质滑坡进行数值模拟分析,从坡体稳定安全系数、坡体位移变形及剪应变三个方面进行了对比分析.研究表明:采用埋入式双排桩对该滑坡进行治理后,坡体的稳定安全系数由1.087 5提高到1.487 5,边坡达到稳定状态.同时坡体的大位移变形区域和最大位移量也有大幅度减小、剪应变带明显消失且剪应变大小得到有效控制,边坡治理效果明显.     

预应力钢锚管注浆锚索边坡加固力学特性

为解决传统预应力锚索在边坡支护应用中存在安全耐久性不足、加固效果有限等的问题,通过室内和现场试验研究了预应力钢锚管注浆锚索力学特性,开发了边坡复合加固方法。研究结果表明,锚索荷载-位移曲线的非线性变化特征更明显;钢锚管的加卸载刚度变化规律不一致,而锚索的加卸载刚度变化均表现为幂函数衰减的规律;钢锚管和锚索的弹性位移随荷载呈线性增长,而塑性位移随荷载呈增长幂函数变化。边坡现场工程试验结果显示,新型加固技术对于不同地质边坡均适用。对于完整地层,锚固结构受力时产生的变形较少且刚度变化不大,不可恢复变形小,边坡变形易达到稳定状态;对于破碎地层,裂隙增加了浆体渗透提高了其与岩土体的粘结强度,增加了锚固力,因而受力时变形大,刚度变化大,产生的不可恢复变形量大,相对于传统锚索支护,新型支护技术能够更好发挥不同结构间的协作。可见新加固方法可为类似工程边坡加固设计提供参考。     

支护下边坡变形破坏的模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope(Rock Failure Process Analysis)对支护下土质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,并求得安全系数,与对应的无支护下边坡的滑移面模式、安全系数计算结果比较表明:支护措施发挥了很好的作用;对实例的分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,该方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的,特别是边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要的意义。     

土钉支护的优化设计

用Flac软件对现有常规设计的土钉支护过程进行数值模拟,验证其对土钉支护设计的可行性;用Flac软件对无支护开挖过程进行数值模拟,以研究土体应力和位移随时间发展的变化规律;通过分析和计算,求得坡体最危险滑移面的位置和形状。根据求得的最危险滑移面的形状和位置,根据不同坡高采用最佳土钉长度,以达到优化设计,并用Flac进行数值模拟验证。研究结果表明,经过土钉支护后,整个开挖面是稳定的,并且位移计算结果与实际检测结果一致,表明用Flac对土钉支护的最危险滑移面进行模拟计算是可行的。     

考虑坡顶交通荷载的桩锚分离组合结构协调机制

针对当前对锚桩分离式组合结构的协调作用分析和评价尚未完善的问题,开展交通荷载作用下桩锚分离组合结构协同机制研究.从力学角度揭示桩锚协调规律,阐明二者对边坡下滑的分担机制.首先采用三维有限元数值模拟方法,对边坡桩锚组合结构进行自由振动分析.利用Lysmer的曲面黏性边界与传统地面支撑边界相结合的方式,求解坡顶交通荷载动力学模型的时域方程,精确描述桩锚组合结构的内力响应规律.其次提出桩锚组合结构通过各自内力的增量以抵抗边坡下滑的机制,其中抗滑桩占73.4％,锚索占26.6％,桩锚结构呈现了对下滑力的协调分担.下排锚索内力平均比上排锚索内力增大89.48 kN,内力增量增大4倍,说明固坡效应下排锚索比上排锚索明显增大,而坡顶的剪应变更大,建议在桩锚组合结构抗滑设计时,增加上排锚索的预应力张拉值,以降低下排锚索的内力增量,避免锚索的"连锁失效".最后提出一种桩锚分离组合结构的设计思路,即将边坡加固前剩余下滑力的0.2～0.3倍作为预应力锚索的设计值,从而减少抗滑桩截面的设计尺寸,为组合抗滑结构优化设计提供理论支持.     

基于PhotoInfor的边坡开挖效应模型试验

为了研究开挖效应对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,以福宁(福鼎—宁德)高速公路某高路堑边坡为原型,依据相似理论设计地质力学模型所需相似材料及其合理配比,结合自制监测系统和数字照相量测技术,开展基于PhotoInfor的多级边坡开挖效应模型试验研究,分析多级开挖过程中模型边坡坡体位移及应力的变化规律。研究结果表明:开挖过程中边坡坡体变形是由缓慢至加速滑动的渐进过程,坡体中部和坡脚开挖时,坡体内部位移增长速率最快;坡体上部位移大于下部土体位移,且从坡体内部向临空面方向位移逐渐增大;边坡在开挖过程中坡体内部土体应力分布不均,坡脚处应力集中度高,边坡前端推力随着开挖过程逐渐增大;开挖卸载效应打破了边坡原有应力平衡,坡体后缘出现张拉裂隙,裂隙在整个开挖过程中不断发育、扩展和连通,形成贯通裂缝及滑动带,滑动带的形成过程与应力集中→释放→转移→重新调整造成的局部应变集中现象一致;开挖效应具有一定时效性,应力与位移变化并不同步,应变集中具有一定的滞后性,对此类边坡的早期监测,应以水平位移增长速率为控制指标,后期监测应兼顾水平位移和应力水平增长速率,两者缺一不可。该研究成果可为中国东南沿海地区多级边坡开挖的预警监测和支护加固提供重要依据。     

隧道洞口段边坡开挖稳定性及加固设计

依托庙岭隧道实际工程,基于Hoek-Brown准则并通过数值模拟重点分析隧道开挖对洞口段边坡的扰动影响,获得了边坡滑移的危险区域及锚固影响范围,对锚固设计方案进行了优化.研究结果表明:隧道开挖之前坡体应力变化场比较均匀,主要是水平向的位移为主,位移主要集中在断层破碎带周围,在边坡上亦有一定范围的潜在滑移面,尤其是在断层破碎带的影响下,可能产生较大地表沉降及沿坡体向下滑移趋势;锚固支护方案较好的减小了边坡的变形量,边坡在隧道开挖过程中存在一定范围的开挖扰动区域与锚固影响区域,开挖扰动区域大约在开挖面周围50 m内,锚固影响范围一般在15~45 m;在高应力范围的基岩中,可以适当调整锚杆作用方向来加固土体、优化设计.     

山区高速公路岩体边坡稳定性处理技术

在分析岩体边坡稳定性的基础上,建立受非均布线形荷载作用的地基力学模型,应用叠加原理推导出岩体表面在上述荷载作用下,预应力锚索-地梁结构中垂直于梁轴线的平面内的地基中深z处的应力和位移计算公式,为研究预应力锚索-地梁结构在岩体中传递规律提供了理论基础.并以湖南省常张高速公路K123＋160-K123＋369边坡为实验区域,现场实验得出在对锚索施加预应力后,锚索预应力通过地梁传递给被加固的岩土体,其传递方式在垂直于地梁轴线的平面内是以梁轴线与该平面的交点为端点的近似橢圆的等值面形式由内向外呈逐渐衰减趋势分布的.藉此证明预应力锚索-地梁结构在山区高速公路岩体边坡中是一种可靠的处理技术.     

强震作用下加固边坡的动力响应及不同加固方式的比较研究

文章建立一土质边坡模型,按照常规设计支护技术参数,对在强震作用下的挡土墙、抗滑桩和预应力锚索3种支护形式下的边坡进行动力分析,得到不同支护方式下边坡的动力响应,重点从动力放大系数、残余变形、动轴力、动拉应力等方面,对3种支护形式的加固效果做对比.结果表明,动力响应差别很大,动力放大系数以抗滑桩加固最大,挡土墙加固最小;残余变形以挡土墙加固最大,预应力锚索加固最小,挡土墙加固难以维持强震下边坡的整体稳定;挡土墙加固下坡顶面出现拉应力最大;综合比较,预应力锚索加固效果最优,应作为多震地区边坡防治的首选方案.