顺层岩质边坡软弱结构面加锚索剪切特性研究.pdf

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1、第26卷第1期石家庄铁道大学学报(自然科学版)Vo1．26N。．12013年3月JOURNALOFSHIJIAZHUANGTIEDAOUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Mar．2013顺层岩质边坡软弱结构面加锚索剪切特性研究李阿敏，黄杨程，何兆益，冯彦彦(1．重庆交通大学交通运输学院，重庆400074；2．重庆交通大学图书馆，重庆400074)摘要：采用数值模拟的方法建立三维模型，探讨在加预应力锚索情况下软弱面的剪切特性。通过改变锚索单元的参数，讨论软弱面变形特性以及剪切强度的变化规律。研究表明：在加预应力

2、锚索后软弱面的剪切强度有所提高，并且加预应力锚索主要影响软弱面的粘聚力，而对内摩擦角的影响不大；当锚索倾角增大时，软弱面的粘聚力先增大而后减小。预应力锚索长度增加会导致软弱面粘聚力增大，但是存在一临界锚索长，当预应力锚索长大于此临界长度后，预应力锚索长对软弱面粘聚力的影响逐渐变小。在锚索无预应力情况下，软弱面的剪切应力位移曲线主要呈现出应变软化特性，在锚索有预应力情况下，则呈现出应变强化特性。关键词：锚索单元；软弱面；数值模拟；剪切特性；内摩擦角；粘聚力；剪切位移；剪切应力中图分类号：U416．1文献标识码：A文章编号：20

3、95—0373(2013)01—0067—050引言软弱结构面对顺层岩质边坡的稳定性起控制作用，大多数顺层岩质边坡的失稳是因为软弱结构面，因此研究顺层岩质边坡软弱结构面的变形特性和剪切强度具有重要意义。国内外一些学者用理论分析或室内试验方法对软弱面的剪切特征进行研究，如杜守继等⋯研究得出不同变形历史时期岩石节理力学性质的变化趋势。周文等对复杂节理面的变形特征和剪切强度进行了数值分析，并提出复杂的岩石节理面的峰值。工程应用中，由于软弱结构面使顺层边坡岩体性质弱化，通常采用一些措施进行加固。其中，预应力锚索是边坡工程中应用广泛的

4、一种锚固措施；在之前的研究中，软弱结构面处于自然状态的较多，预应力锚索加固下软弱结构面的变形和力学效应的研究还不多见。结合昭通-巧家项目区百崖子顺层边坡，主要采用数值模拟的方法运用FLAC如分析刮锚索单元与软弱结构面的相互作用，探讨了不同锚索单元参数对软弱面变形特性和剪切强度的影响。1工程概况昭通．巧家项目区合同段K70+780一K70+820段右侧为百崖子顺层边坡，自然坡度为3O。一60。，地形总体形势较陡，属于比较浅层的潜在滑移体。地层为强风化变质砂岩、泥质粉砂岩、中间夹薄层页岩和泥岩，属于软质岩石。节理裂隙发育，风化破

5、坏比较严重，顺层边坡岩体整体性及边坡稳定性较差。2FLAC3D数值模拟分析2．1锚索单元的基本特征锚索单元主要由3个弹簧单元_6构成，其中有两个提供轴力和剪力的弹簧单元与锚索轴线平行，而另一个提供横向抗力的弹簧单元与锚索轴线垂直。这些锚索单元被切割成很多小段，这些小段通过结构单元中的节点建立连接，通过连接实现结构与其他结构或与岩体发生相互作用。而这些小段和节点的积分就是锚索的应力应变状态。预应力锚索的横向抗剪力F与剪切刚度和横向位移“之间的关系"如下：收稿日期：2012—10—05作者简介：李阿敏女1986年出生硕士研究生基

6、金项目：重庆市科技攻关项目(2009GG0694)石家庄铁道大学学报(自然科学版)第26卷F=H2．2计算参数在数值计算过程中，顺层岩石边坡坡面施加法向荷载，采用系统默认的收敛原则。边界条件：边坡模型的顶面无约束，侧面为法向约束，底面固定。用摩尔库伦屈服准则进行计算。其物理力学参数如表1所示。表1顺层边坡物理力学参数表2．3计算模型该边坡高50m，倾角45。，以此建立模型如图1所示，由于FLAC。建模时比较复杂引，主要采用AN．SYS建立顺层边坡的三维模型，划分网格，转化后导入FLAC。。得到边坡网格单元，然后进行计算。在F

7、LAC。。模拟过程中，利用cable单元模拟锚索单元，以讨论软弱结构面加入锚索情况下的应力和应变特性。在工程应用中，软弱面倾角通常是多种多样，为了建模方便，设置软弱面的起伏角=13。。为了详细地研究锚索倾角对顺层边坡剪切强度的影响，主要改变预应力锚索倾角，而软弱面的倾角保持不变。取预应力锚索的长度L为20m，锚索倾角0分别为10。，25。，4O。，55。，70。和85。。为了研究锚索长度对顺层边坡剪切强度的影响，使锚索倾角保持不变。改变预应力锚索的长度，锚索长度分别为15m，20m，25rn，30m和35m。可以得出在不同锚

8、索长度下软弱面正应力与剪切强度之间的关系。最后探讨锚索在有预应力和无预应力两种情况下剪切位移和剪切应力之间的关系。预应力锚索的力学机理见图2图1边坡数值模型强度)图2预应力锚索的力学机理2．4计算结果分析2．4．1锚索倾角对其剪切强度的影响不同的锚索倾角0下，软弱面正应力与剪切强度的关系见