锚杆支护边坡稳定性分析

作     者：魏来泽 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱彦鹏;赵贵军

授予年度：2019年

学科分类：085213[工学] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：边坡稳定性 边坡病害 边坡支护 边坡稳定性敏感度 锚杆最优倾角 小孔扩张原理 

摘      要：大量的道路边坡在后期使用中出现了各种病害,病害的治理常涉及到岩土锚固以及边坡的稳定性问题,为了治理后的正常使用,应当深入考虑锚杆支护特性以及稳定性问题中的各项影响因素。岩土锚固方面,对扩体型锚杆的锚杆机理,采用小孔扩张原理进行分析,通过考虑外部应力,得到了塑性区、弹性区的应力表达式,基于应力场结果计算出了扩体型锚杆锚固段侧摩阻力所提供的的承载力,并进行了相应的数值模拟分析;稳定性方面,研究分析了有限元法中滑面的确定,利用节点处的等效塑性应变进行滑面位置的判断;针对边坡失稳的机理进行了大量的数值研究,研究了土体力学指标对于安全系数以及滑面位置的影响规律,同时也锚杆支护下的边坡进行了数值分析研究。具体研究内容如下:(1)针对道路边坡病害以及防治措施进行了详细的资料调研,大量的文献查阅显示出,失稳引发的滑坡病害造成的损失和威胁最大,在各类处置措施中,岩土锚固技术对于稳定性的作用最大。(2)已有的多数小孔扩张理论多数为了位移求解得方便,边界条件常忽略外部应力作用,只能得到附加应力值,通过在无穷远处设置初始应力q,对MohrCoulomb准则的土体的扩张进行了弹塑性分析,求得了实际应力表达式,可用于锚杆承载力计算;同时,针对土体力学参数对扩张过程的影响,进行了不同条件下的数值模拟计算。(3)针对有限元法中滑面位置的确定问题,利用节点的等效塑性应变区判断失稳点,基于这一思路获得滑面的离散点,利用拟合得到了连续的滑面位置曲线。(4)针对黏聚力、内摩擦角对于边坡稳定性的影响大小问题进行了计算分析,通过调整初始的黏聚力、内摩擦角值,采用有限元强度折减法和极限平衡法计算了5个不同坡度下的边坡,结果表明,黏聚力对边坡稳定性的影响大于内摩擦角的影响,随着边坡坡度的增加这一结论表现的愈加明显;在坡度较小情况下,黏聚力较小时,边坡的潜在滑面出现在坡面浅层附近,随着黏聚力的上升,滑面逐渐向边坡深部发展,当边坡坡度较大时,黏聚力对于滑面的影响不明显。对于内摩擦角而言,当边坡坡度较小时,内摩擦角越小,潜在滑移面位置越深;内摩擦角越大,滑面向坡面浅层发展。(5)锚杆对于边坡稳定性有明显的影响,针对不同坡度下如何确定最优的锚杆入射倾角的问题,采用了有限元法和极限平衡法分别进行了计算分析,结果表明,在较大的坡度下,安全系数会随着锚杆倾角的增加而减小,而对于坡度较小的边坡,安全系数会随着倾角的增加而增加。实际工程中应考虑这一变化趋势,选取合理地锚杆倾角。