滑坡錨桿錨固力時間效應試驗研究

方志森，詹 珽，趙 祥

（1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075；2.西咸新區(qū)發(fā)展集團，陜西 西安 712000）

0 引言

巖土錨固技術由于能充分發(fā)揮巖土體材料自身固有的性質，極大地調動巖土體介質的強度和潛力，主動加強巖土體的自承和自穩(wěn)能力，控制工程有害變形的發(fā)展，把結構物與巖土體緊緊地連鎖在一起，將結構物的拉應力有效地傳遞給巖土體，確保巖土工程的施工安全和長期穩(wěn)定，因而一直受到巖土工程界的高度重視，在我國工程建設領域產生了巨大的經濟效益和社會效益［1］。對用于邊坡錨固的錨索（桿）工作原理及預應力錨索（桿）蠕變原理，目前有許多文獻進行了研究和探討［2－6］，對于錨索（桿）預應力長期變化規(guī)律研究，雖然進行了不同程度的研究［7－8］，但由于長期監(jiān)測費時費力，且需要大量的資金支持，故已有成果研究重點各有側重。關于陜南千枚巖錨桿錨固效果針對性研究成果較少，且缺乏足夠的實測數(shù)據，本文以陜南某千枚巖邊坡錨固實例為基礎，探討了千枚巖中錨桿應力變化規(guī)律，得出了一些有用的認識。

1 工程概況

1.1 地質概況

研究區(qū)出露巖層為下寒武統(tǒng)變質巖，巖性主要為泥砂質千枚巖。主體產狀為210°∠75°，變化范圍在190°～235°∠46°～89°，結構面傾向與坡面方向接近，對巖體穩(wěn)定性造成不利影響?；潞缶壐叱?30m，前緣高程640m，剪出口高程640m；滑坡體寬約640m，長約280m，共由4個子滑坡體構成。研究區(qū)為其中一個子滑坡體，邊坡坡度為50°～55°，潛在滑面為基巖中的節(jié)理組合面，片理產狀10°∠60°，屬高陡危坡。坡體天然重度17.4kN/m3，表層全－強風化巖層 c=42kPa，φ=29°，弱風化千枚巖層 c=1000kPa，φ =35°。

1.2 滑坡加固及監(jiān)測方案

經刷坡后，研究區(qū)分為5級坡體，第1級坡體坡比為 1：0.8，第 2、5 級坡體坡比為 1：0.7，第 3、4 級坡體坡比為1：0.5?；聟^(qū)坡面上設置5級錨桿格構，各級格構體系之間均設有2m寬的平臺。格構區(qū)采用6排錨桿，呈梅花形布置，每排錨桿水平間距為4m，錨桿排排之間的垂直投影間距（排距）為2m。錨桿采用干鉆法成孔，灌漿砂漿標號為M25。錨頭之間用鋼筋混凝土聯(lián)梁相連接，形成菱形格構。錨桿直徑為110mm，單根錨桿設計荷載50kN，長度10m，錨固段長度5～7m不等，錨桿傾角20°，采用 φ22Ⅱ級筋。在第1、5級坡體分別選取一根錨桿，對其進行預拉后監(jiān)測其應力變化情況。

1.3 測力系統(tǒng)的布置及校準

應力測試采用鋼弦式錨桿應力計，該傳感器的測試原理是利用張緊的鋼弦在不同張力情況下自振頻率的不同，通過數(shù)模轉換器測試其頻率，通過反算得到其實際壓力值。

鋼筋計每根錨桿布設2個，分別在據孔口0.5m處及潛在滑面處。布設方式如圖1所示。

圖1 鋼筋計安設示意圖Fig.1 Schematicdiagramforlayout ofsteeldesign

錨桿拉拔采用的是紹興產數(shù)顯錨桿拉拔儀。拉拔前先用萬能機進行拉拔設備的校準，校準曲線如圖2所示。

2 錨桿應力監(jiān)測結果及分析

2.1 錨桿瞬時拉拔試驗

在錨桿拉拔試驗過程中，通過百分表讀數(shù)實時記錄錨桿桿體的位移，與錨桿應力的對應曲線如圖3，圖4。錨桿軸向荷載設計值為50kN。

圖3 01985號和18875號鋼筋計的拉力－位移圖Fig.3 Curveforpullforce-displacementfor 01985and18875steeldesigns

從圖3可見，在鋼筋拉拔的過程中，01985號鋼筋計由于位于孔口處，其位移隨時間變化較大，一直呈上升態(tài)勢，在達到44.46kN后趨于穩(wěn)定，數(shù)值的減小應與錨頭鎖定過程中應力損失有關?；娓浇?8875號鋼筋計由于位于坡體內，其值變化較小，當錨頭處位移達到14mm后其值才逐漸增大，其值比較穩(wěn)定，數(shù)值的減小過程與孔口處監(jiān)測點一致，均在錨頭鎖定時有應力損失。

圖4 29603號和12681號鋼筋計的拉力－位移圖Fig.4 Curveforpullforce－ displacementfor 29603and12681steeldesigns

在錨桿拉拔過程中采用了瞬時加載至極限拉拔力的方式予以加載，以便與緩慢加載方式錨桿的受力情況作比較。由圖4可見，當施行瞬時加載至極限值方式予以加載時，位于孔口的鋼筋計（12681）拉力值增長迅速，當維持拉力值不變時，其位移值亦平穩(wěn)增長?；娓浇膽χ底兓容^小，其最大值僅為0.77kN。這是因為在瞬時拉拔的過程中首先要克服孔口處錨桿與巖體的錨固力，拉拔力向孔內傳遞需要一定的時間，故在瞬時監(jiān)測周期內難以觀測到應力的傳遞過程。

2.2 錨桿應力長期監(jiān)測

錨桿受力長期觀測的目的在于：如果在長期觀測過程中發(fā)現(xiàn)錨桿工作性能較差或不能完全承擔錨固力，可根據觀測的結果進行二次張拉或者增設錨桿數(shù)量等措施，保證邊坡錨固工程的可靠性。

鋼弦式測力計的測試原理是：利用張緊的鋼弦在不同張力情況下自振頻率的不同，通過數(shù)模轉換器測試鋼弦的頻率，再通過反算得到實際的應力值。對監(jiān)測鋼筋計長達一年半的監(jiān)測結果如圖5和圖6。

從18875號和01985號鋼筋計監(jiān)測的應力值變化情況來看，位于孔口的01985號鋼筋計在鎖定時即有4.2kN的應力松弛，在應力的長期變化過程中自2010年8月11日始應力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。位于孔中潛在滑面處的18875號鋼筋計，其應力值隨時間變化不斷增加，但其值增加幅度亦逐漸減小，在2010年8月11日后其應力值與孔口處的01985號鋼筋計基本趨于穩(wěn)定。二者趨于穩(wěn)定的時間相近，可看出孔口處鋼筋計應力值是在孔口應力損失與孔口向孔中應力的傳遞過程中達到平衡的。

圖5 18875號和01985號鋼筋計應力變化圖Fig.5 Curveforlong-termchangesforstress for18875and01985steeldesigns

圖6 29603號和12681號鋼筋計應力變化圖Fig.6 Curveforlong-termchangesforstress for29603and12681steeldesigns

從29603號和12681號鋼筋計的應力監(jiān)測結果來看，位于孔口處的12681號鋼筋計應力值在經過短暫的調整后，其值有所減小，應力值的減小應與應力有所松弛有關，其值在2010年7月5日后逐漸趨于穩(wěn)定。位于孔中潛在滑面處的29603號鋼筋計在2009年9月27日即達到穩(wěn)定值，其后其值一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。兩個鋼筋計應力值穩(wěn)定時間的差異，反映出孔口處應力松弛的過程，但從圖中可以看出，孔口處鋼筋計的應力松弛并未影響到滑面處鋼筋計應力值的變化。

3 結論及討論

通過對陜南千枚巖邊坡中錨桿瞬時拉拔試驗及對錨桿應力長達一年半的監(jiān)測，總結了瞬時拉拔過程中錨桿軸力與位移的對應關系；分析了逐級加載及瞬時加載至極限抗拉強度兩種工況下錨桿的軸力與時間的對應關系。結果顯示，采用逐級加載方式予以加載時，錨頭處位移隨應力增加而逐漸增加，潛在滑面處應力增加滯后于錨頭處應力值；采用瞬時加載至極限抗拉強度方式予以加載時，即使孔口處錨頭位移達到50mm，孔中滑面處應力依然很小。采用逐級加載方式予以拉拔后，錨桿錨頭及潛在滑面處應力經過相近的時間調整，基本同步達到穩(wěn)定狀態(tài)，約需要一年；采用瞬時加載至極限抗拉強度進行拉拔后，孔口應力調整需要較長時間（約需要一年），遠遠長于潛在滑面處應力調整至穩(wěn)定值的時間（約3個月）。錨固效果要好于預期。

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Abstract：SpaceinformationtechnologywhichincludesthegeographicinformationsystemGIS，remotesensingRS，globalnavigationsatellitesystemGNSSanddigitalearthplatform，itisanearthspaceinformationscience.Withthe developmentofcomputerandspaceonearthobservationtechnology，thespaceinformationtechnologyhasbeen appliedgraduallyinearthquakeresistanceanddisastermitigationfields.Thisarticlethroughtheactualexamples respectivelyanalyzedthecurrentearthquakedisastermonitoringandevaluationmethodwhichisbasedonGISandRS technology.Sumsuptheadvantagesandtheexistingproblems，andwithdigitalearthplatformvisuallyshowsthe effectofcomprehensivemulti-sourcedataspatialinformationtechnologyusedinearthquakedamageassessment.

Keywords：spaceinformationtechnology；GIS；remotesensing；digitalearthplatform；disaster