公路滑坡加固預應力錨索受力分析研究

陳 彬

公路滑坡加固預應力錨索受力分析研究

陳 彬

（四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院 610000）

針對公路滑坡預應力錨索加固技術措施，結合實例，在明確滑坡地質特性與危害的基礎上，采用有限元方法，研究預應力錨索的作用機理和受力狀態，旨在為切實做好公路滑坡加固處理提供可靠的理論依據。

公路滑坡；滑坡加固；預應力錨索；受力分析

公路滑坡段的存在嚴重威脅行車安全，雖然投入大量成本進行修復與保通，但泥石流、落石與崩塌等災害依然時有發生，導致滑坡成為限制交通事業發展主要瓶頸之一。由此可見，采取有效的滑坡加固技術提高滑坡穩定性至關重要。然而，為確保加固措施有效性，還需分析、掌握加固受力狀況。對此，本文結合公路滑坡實例，圍繞其地質特性與危害，研究錨索加固受力，具體內容如下。

1、滑坡地質特性與危害

1.1地質特性

某滑坡群變形體以成群形式分布，根據野外勘查，在長度為3km的區域中，共存在滑坡30處，其中，已造成實際病害的有6處。現將具有一定代表性2號滑坡作為研究對象，對其地質特性進行分析：此滑坡分布于堆積物厚度較大的區域，由于堆積物的力學性質偏差，因此由其形成的邊坡穩定性也較差；滑坡分布于公路周邊斜坡的中部及下部，除遭受水體切割作用，該區域還是徑流活躍帶。

1.2滑坡危害

（1）坍塌。滑坡在開始滑動以后，會形成高度為200m左右的側壁與后壁，坡度可達50°以上，加之受到降水與地下水的作用，沖洪積土無法保持邊坡原外形，進而造成坍塌。

（3）泥石流。滑坡在開始滑動以后，滑體物質不斷分解，加之受到降雨作用影響，導致坡體表面達到飽水狀態，此時地下水的切割與侵蝕作用加劇，促使泥石流危害產生。目前，在滑體的表面已經形成了沖溝，其最大深度可達30m。在沖溝的兩邊與溝頭處，還存在很多坍塌體，雨季時沖溝泥石流時常發生。

2、加固受力分析

2.1計算原理

對于巖土介質而言，彈塑性為瞬時特征主要表現。在土體承受載荷增至某量級后，巖土介質必將產生變形[1]。變形產生后，巖土體還將發生非線性的應力應變變化。根據相關理論可得，基于變形條件的巖土體應力和應變主要保持以下關系：

式（1）中，l代表加載準則，如果l>0，則h(l)=0；如果l≤0，則h(l)=1。[De]代表彈性矩陣。[DP]代表塑性矩陣。

在不考慮巖土體自身硬化特性以后，可對應變進行簡化。同時采取塑性勢函數實施計算，計算公式為：

式（2）中，H代表硬化函數；Q代表塑性勢函數；f代表屈服函數。f在上式中主要使用摩爾庫倫屈服法則，摩爾庫倫屈服法則表達式為：

水利非稅收入是水利投入的主要組成部分和重要來源，2011年，遼寧省市縣水利非稅收入36.4億元，其中19.8億元用于水利工程建設和管理，使用率僅為54.4%。

表1 滑面計算參數取值

2.2計算基本假設

（1）在斷面上隨機選取寬度為1.0m的巖土條，將其作為計算分析斷面，不考慮兩則磨阻影響。

（2）認為滑坡體和填充體均為各項同性的均質、連續介質。

2.3計算參數

定量計算與推力評估過程中，需重點考慮抗剪強度參數。實際情況根據測量數據實施對比與分析，以此選取最佳參數。一般而言，塊體滑坡可分成三大部分，即為主滑段、抗滑段和牽引段。對此，應按照不同滑坡段對應的強度特性參數開展計算。

2.4錨索加固作用分析

計算二維有限元時，可對錨索使用錨桿、梁進行模擬。錨桿主要承受拉力，如果滑坡滑動面與錨桿之間的角度較小，則錨桿主要起到降低滑動力的作用。相反，如果滑坡滑動面與錨桿之間的角度較大，則起到增大抗滑力作用[2]。

實際操作中，由于受到地形地勢、滑坡滑動面頻繁起伏等因素的影響，通常很難保證所有錨索與滑坡滑動面都保持最佳夾角。基于此，錨索除拉力外，還存在一定剪力與彎矩。對此，若依然按照傳統方式進行計算，將造成很大的偏差。

為驗證以上推理，選定一處典型端面實施對比計算。從計算結果中可以看出，若按錨桿單元計算，則下部錨索將存在拉力作用，中部錨索不受力，上部錨索部分受力；若按梁單元計算，則除了存在軸向力，還涉及彎矩與剪力，這一現象在潛在滑動面的周圍更為明顯，說明采用梁單元計算較為合理。由此可見，實際計算中將錨索看作梁單元更為合理。

根據上述分析結果可得：

（1）錨索上存在剪切力、彎矩與軸向力，受力條件復雜。

（2）填土、擋板與錨索一同進行施工時，錨索和擋板之間的接觸面會產生一定剪力，并在填土的底層產生剪力；為避免這一問題的產生，應采取“先填后錨”方法，所以相關人員要對施工順序給予足夠重視[3]。

（3）先對錨板與填土進行施工，然后再進行錨索施工。在這一施工模式下，錨索剪力與拉力不會超出標準設計值。

（4）由于未能對錨索預應力實施模擬，所以軸力計算結果和實際相比普遍較小，而彎矩與剪力則偏大。

結束語

滑坡錨固效果與滑坡穩定性息息相關，借助有限元方法能對滑坡的錨索加固實施全面分析和計算。為便于計算，確保計算準確性，可采用梁單元計算取代錨桿單元計算，通過計算可知：梁單元計算能更好的滿足受力特性，也更貼近工程實際。與此同時，還將滑坡的內部應力作為切入點，深入分析了錨索加固機理、效應和成果，得出切實有效的加固方式。從實際效果看，本滑坡所用錨索加固系統合理可行，可為類似滑坡提供借鑒和參考。

[1]劉聰,冷艷秋,胡高社,毛彥龍,董秀坤.川藏公路滑坡加固預應力錨索受力分析研究[J].災害學,2014,10(01):25-29.

[2]戴自航,石金華,盧才金.預應力錨索框架梁加固滑坡的穩定性數值分析[J].鐵道科學與工程學報,2014,11(03):9-16.

[3]歐陽旭.預應力錨索-框架梁和錨索-抗滑樁聯合加固技術在高速公路滑坡工程中的應用探討[J].中外建筑,2015,11(02):122-124.

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1007-6344（2017）03-0061-01