框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系抗震模擬方法研究

陳功 姜力 楊露江

摘 要：框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系抗震受力在解析法和數(shù)值模擬法方面已有相關(guān)研究成果，但在室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)研究方面相關(guān)研究成果甚少，亟待從室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)研究方法著手，對(duì)其抗震模擬方法開展系統(tǒng)研究工作。首先介紹格構(gòu)錨固，其次提出室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)方法研究設(shè)想，再次進(jìn)行有關(guān)技術(shù)方面討論，最后得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：格構(gòu)錨固；預(yù)應(yīng)力錨索；支護(hù)體系；抗震響應(yīng)

一、格構(gòu)錨固概述

格構(gòu)錨固根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為矩形格構(gòu)、菱形格構(gòu)、弧形（拱形）格構(gòu)、人字形格構(gòu)；根據(jù)組成材料不同可分為鋼筋混凝土格構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)、砌體格構(gòu)等。推力較小的淺表層滑坡可采用砌體格構(gòu)、鋼筋混凝土格構(gòu)等措施；當(dāng)滑坡推力較大且滑帶較深時(shí)，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)等措施。矩形格構(gòu)由在坡面上縱橫交錯(cuò)的梁體組成，菱形格構(gòu)在坡面上的梁體呈縱橫交錯(cuò)傾斜狀。矩形格構(gòu)和菱形格構(gòu)可簡(jiǎn)化為作用在地基上的連續(xù)梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計(jì)算分析，預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)點(diǎn)可簡(jiǎn)化為連續(xù)梁支座，但施加預(yù)應(yīng)力的大小與連續(xù)梁支座反力有所差異，需進(jìn)行調(diào)整和修正，使兩者差值減小。矩形預(yù)應(yīng)力格構(gòu)和菱形預(yù)應(yīng)力格構(gòu)可簡(jiǎn)化為框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系，格構(gòu)錨固猶如一張大網(wǎng)緊密鋪貼于坡體表面，防止滑體向下滑動(dòng)。

我國(guó)西南地區(qū)處于地震多發(fā)區(qū)域，且沿龍門山斷裂帶區(qū)域抗震設(shè)防烈度較高。位于上述區(qū)域的小型邊坡通常可結(jié)合滑坡類型、滑體厚度、滑坡推力大小、工程造價(jià)等實(shí)際情況選擇合適的抗滑措施，其中框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系較為常見，多用于高速公路兩旁的低邊坡滑坡防治。框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系抗震受力計(jì)算分析可采用解析計(jì)算分析、數(shù)值模擬計(jì)算分析、室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)等方法，框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系抗震受力在解析法和數(shù)值模擬法方面已有相關(guān)研究成果，但在室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)研究方面相關(guān)研究成果甚少，亟待從室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)研究方法著手，對(duì)其抗震模擬方法開展系統(tǒng)研究工作。

二、室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)方法研究設(shè)想

通過對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方案的分析與研究，以實(shí)際工程為原型，將原型和縮尺模型進(jìn)行相似關(guān)系轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)振動(dòng)臺(tái)的室內(nèi)縮尺模型。主要內(nèi)容包括模型相似設(shè)計(jì)、模型箱設(shè)計(jì)、模型箱邊界處理、試驗(yàn)材料選取及性能指標(biāo)測(cè)試、坡體設(shè)計(jì)、測(cè)點(diǎn)布置 、地震波輸入、地質(zhì)情況設(shè)計(jì)、地震工況設(shè)計(jì)等。

（一）地震波輸入研究

設(shè)置不同方向、不同加速度、不同類型的地震波，研究框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系在地震作用下的結(jié)構(gòu)受力響應(yīng)。

（二）框架布置形式

設(shè)置不同截面尺寸、不同框架間距、不同配筋等條件，研究框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系在不同布置形式下的結(jié)構(gòu)受力響應(yīng)。

（三）預(yù)應(yīng)力錨索布置

可利用細(xì)鐵絲或金屬細(xì)桿插入格構(gòu)錨固結(jié)點(diǎn)，模擬施加預(yù)應(yīng)力，模擬預(yù)應(yīng)力大小與桿件直徑、長(zhǎng)度、深入滑床深度等因素有關(guān)。模擬施加預(yù)應(yīng)力越大，滑體被壓實(shí)越緊密，滑體材料越密實(shí)，整個(gè)框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系的自振頻率越大；同理，模擬施加預(yù)應(yīng)力越小，滑體越松散，整個(gè)框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系的自振頻率越小。自振頻率除與施加預(yù)應(yīng)力有關(guān)，還與框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)布置，滑床、滑帶和滑體的布置情況有關(guān)。預(yù)應(yīng)力施加作用越大，不一定越安全，可能會(huì)造成成本浪費(fèi)。

（四）滑床、滑帶和滑體布置

根據(jù)相似原理，利用石英砂、水泥、細(xì)石子等相似材料模擬滑床、滑帶和滑體，滑帶材料應(yīng)由松散、軟弱物質(zhì)組成。結(jié)合不同厚度、不同坡角的滑坡體，研究框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系在不同布置形式下的結(jié)構(gòu)受力響應(yīng)。

（五）地震作用響應(yīng)

對(duì)未支護(hù)的邊坡在地震作用下的響應(yīng)先進(jìn)行靜力物理模擬試驗(yàn)，根據(jù)相似性原理換算出地震慣性力，利用水平、垂直方向的千斤頂逐級(jí)加載；然后進(jìn)行動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)（大型振動(dòng)臺(tái)模擬地震加速度在X方向、Z方向、XZ方向），得出在靜力與動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)中的響應(yīng)技術(shù)參數(shù)，如靜力物理模擬試驗(yàn)可得出位移、變形、作用力、開裂部位、裂縫開展情況等，動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)可得出位移、加速度、速度、作用力、自振頻率、阻尼、共振頻率等，對(duì)比靜力與動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)分析結(jié)果。

（六）支護(hù)體系改進(jìn)

找出未支護(hù)條件下的邊坡在地震作用下的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)邊坡進(jìn)行抗滑樁、樁板墻、預(yù)應(yīng)力框架錨索聯(lián)合體的支護(hù)。對(duì)在支護(hù)條件下的邊坡重復(fù)進(jìn)行靜力物理模擬試驗(yàn)和動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)，對(duì)比靜力與動(dòng)力物理模擬試驗(yàn)分析結(jié)果的差異。

三、技術(shù)討論

1）很多科研人員都在做高邊坡和路堤邊坡的大型振動(dòng)臺(tái)物理模擬試驗(yàn)研究，但是在有關(guān)于路堤邊坡動(dòng)力響應(yīng)的研究中，為什么未對(duì)大型重載車輛和列車行駛在路堤邊坡上的工況進(jìn)行考慮？同時(shí)，在有關(guān)于高邊坡動(dòng)力響應(yīng)的研究中，為什么未對(duì)高邊坡雨水滲流、滲透等工況進(jìn)行考慮？

2）在高邊坡和路堤邊坡的大型振動(dòng)臺(tái)物理模擬試驗(yàn)中，為什么未對(duì)邊坡在地震作用下模擬靜力物理試驗(yàn)？靜力物理模擬試驗(yàn)肯定有其缺陷，從地震動(dòng)力響應(yīng)中的加速度、速度、慣性力、阻尼、頻譜、共振、耦合等都能分析得出，但是很少有人對(duì)邊坡在地震作用下模擬靜力物理試驗(yàn)，對(duì)邊坡在地震作用下利用數(shù)值軟件進(jìn)行分析的較多。

3）在高邊坡和路堤邊坡的大型振動(dòng)臺(tái)物理模擬試驗(yàn)中，其形狀都是單一坡度的斜坡，科研工作者在斜坡內(nèi)部的構(gòu)造中如巖土性質(zhì)、巖土分層、軟弱夾層以及不同斜坡坡度等進(jìn)行研究其動(dòng)力響應(yīng)，為什么未考慮到當(dāng)邊坡出現(xiàn)有轉(zhuǎn)角、邊坡外觀存在異形體的分析？當(dāng)邊坡有轉(zhuǎn)角、邊坡存在異形體時(shí)，其不規(guī)則的交界處有可能影響較大，且存在有明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

四、結(jié)語

綜上所述，框架預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系抗震模擬方法研究應(yīng)通過解析計(jì)算、數(shù)值模擬計(jì)算和室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)等方法進(jìn)行。室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)方法為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及內(nèi)容、專業(yè)復(fù)雜，耗費(fèi)人工、成本大，應(yīng)先編制試驗(yàn)方案后實(shí)施，并與解析計(jì)算、數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，查找差異和原因，對(duì)模型和計(jì)算方法進(jìn)行修正調(diào)整，提出一整套系統(tǒng)的理論計(jì)算求解方法。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：

本科研項(xiàng)目為成都紡織高等專科學(xué)校2015年度校級(jí)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2015fzlkc06）。