岩石边坡治理

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1、应用锚杆治理岩石边坡的研究摘要:应用正交设计原理对常张高速公路某边坡锚固参数进行了优化设计,结果表明以边坡水平变形量为评价指标,主要锚固参数对锚固效果的影响显著性依次为:锚杆长度>锚杆间距>混凝土喷层厚度。关键词:锚杆,正交设计,锚固参数,水平变形在各类边坡工程中,开挖岩石高边坡工程是十分常见而又非常重要的,往往由于其复杂的地质结构而成为边坡工程中的重点与难点。岩石工程边坡的稳定问题事关工程建设和运行期间的安全和经济效益,对其稳定性进行综合评价和控制具有非常重要的工程实践意义和经济价值。在我国,治理岩石边坡的最

2、有效措施就是锚固,然而锚固参数(锚杆长度、锚固间距、喷混凝土厚度等)的选取至今都没能很好的解决,设计大多数停留在经验(规范)的层次上。因此,如何确定岩石边坡最优锚固参数就显得尤为重要。1锚杆加固机理研究锚杆的加固机理必须考虑其锚固方式,它与所加固的岩体之间的相互作用。研究表明,作为岩体内在因素的岩体结构在岩体的变形破坏发展过程中起着决定性作用,而作为外因的外力即荷载,是通过内因起作用的。在岩体表面或内部修建工程时,应把岩体视为工程结构的一部分或全部,岩体与地下洞室的支护结构形成一个完整的支护体系。而且在整个体系

3、中,岩体应视为主要的承载体单元。在岩体加固工程中,对不稳定岩体不一定采取支护措施,而从改造变更岩体结构的观点出发,对劈裂、块裂结构的岩体直接进行处理,使它变为完整的岩体。锚杆的作用效果还可从改变岩体应力状况方面来理解。岩体变形和破坏机制包括结构变形和破坏及材料变形和破坏两种因素,其中材料的变形和破坏多数与岩体内部的应力状态有关,而预应力锚固可对岩体施加围压,改变岩体的应力状态,提高岩体的弹性模量和强度。2锚固效果的影响因素分析锚杆是锚杆锚固体系的主体,实际工程中锚固参数的确定对锚杆性能的发挥和锚固效果至关重要,

4、包括体材、长度、布置形式、锚固剂、安装工艺等。目前边坡工程中锚固参数的确定多以经验和规范为主,各参数之间的匹配也有不尽合理的地方,如何将锚固参数组合达到最优效果,这一问题已经引起了一定重视。2.1锚杆长度选取的研究锚杆长度和间距是锚固工程设计必须确定的主要参数,是锚杆布置的主要问题。一般首先确定锚杆长度,然后确定间距。国内外对锚杆长度进行过大量研究,各国、各行业都有选择锚杆长度的规定。锚杆长度的选取应当以能充分发挥锚杆的功能作用,并获得经济合理的锚固效果为原则。长期以来,人们普遍认为锚杆长度和密度都有十分重要的

5、作用,主观认为随着锚杆长度增加和密度提高,可以有效地控制岩体的稳定性,而从降低成本和提高施工速度来看,锚杆长度越短和密度越小越好。实践和理论研究证明,开挖后临空面的位移来自于岩体深部,而且范围是很广阔的,同时锚固措施的实践目的并不是为了去抵抗、阻止开挖变形,而是为了限制约束变形的发展,容许岩体有一定变形和位移,想用加大锚杆的长度来控制位移量使之显著减少是徒劳的。2.2锚杆间距锚杆对岩体的约束和控制是有一定限度的,每根锚杆都有其影响范围,将各个锚杆相互连接起来才能形成连续的加固层,从这一角度出发,锚杆间距越小越有

6、利;而从降低支护成本和提高施工速度出发点来看,锚杆间距越大越有利。锚杆间距与锚杆长度也存在一个合理匹配的问题,根据实验室试验结果分析和现场经验,目前广泛采用的锚杆长度L与间距D之比为:1.6

7、表明喷层越厚,刚度越大,约束了岩体的变形,反而容易发生破坏,所以喷层要具有柔性,必须控制其厚度,但喷层也不是越薄越好,否则支护抗力不足会引起开裂剥落。国内外经验都表明喷层的厚度多在50m~200m之间,当喷层厚度小于50mm时,由于材料的收缩而常常导致喷层渗水和结构的破坏。同时,混凝土喷层和锚杆在联合工作中又独立又联合。从各自的受力状态分析,它们是独立的,而在支护效应方面互有影响,起联合支护作用。当喷层较厚,支承能力较大,岩体变形较小时,锚杆内力减少;如果锚杆较长,约束作用较大时,传给喷层的压力也减小。3锚固参

8、数正交优化设计实例3.1模型的建立影响锚固效果的因素很多,这里选取锚杆的长度L,间距D和混凝土喷层厚度d三个主要因素进行研究。在实践和理论分析的基础上,将锚杆长度取3m左右,锚杆间距取2.5m~4.0m之间,混凝土喷层厚度在50mm~200mm范围内,每个因素各选取四种情况(四水平),因素及水平变化的选择情况见表1。按照所选取的三个因素四水平模型,可以选取正交表L16(43)(见表2)