框架預應力錨索支護體系抗震模擬方法研究

陳功 姜力 楊露江

摘 要：框架預應力錨索支護體系抗震受力在解析法和數值模擬法方面已有相關研究成果，但在室內物理模擬試驗研究方面相關研究成果甚少，亟待從室內物理模擬試驗研究方法著手，對其抗震模擬方法開展系統研究工作。首先介紹格構錨固，其次提出室內物理模擬試驗方法研究設想，再次進行有關技術方面討論，最后得出相關結論。

關鍵詞：格構錨固；預應力錨索；支護體系；抗震響應

一、格構錨固概述

格構錨固根據結構形式不同可分為矩形格構、菱形格構、弧形（拱形）格構、人字形格構；根據組成材料不同可分為鋼筋混凝土格構、預應力混凝土格構、砌體格構等。推力較小的淺表層滑坡可采用砌體格構、鋼筋混凝土格構等措施；當滑坡推力較大且滑帶較深時，可采用預應力混凝土格構等措施。矩形格構由在坡面上縱橫交錯的梁體組成，菱形格構在坡面上的梁體呈縱橫交錯傾斜狀。矩形格構和菱形格構可簡化為作用在地基上的連續梁進行結構受力計算分析，預應力錨固結點可簡化為連續梁支座，但施加預應力的大小與連續梁支座反力有所差異，需進行調整和修正，使兩者差值減小。矩形預應力格構和菱形預應力格構可簡化為框架預應力錨索支護體系，格構錨固猶如一張大網緊密鋪貼于坡體表面，防止滑體向下滑動。

我國西南地區處于地震多發區域，且沿龍門山斷裂帶區域抗震設防烈度較高。位于上述區域的小型邊坡通常可結合滑坡類型、滑體厚度、滑坡推力大小、工程造價等實際情況選擇合適的抗滑措施，其中框架預應力錨索支護體系較為常見，多用于高速公路兩旁的低邊坡滑坡防治。框架預應力錨索支護體系抗震受力計算分析可采用解析計算分析、數值模擬計算分析、室內物理模擬試驗等方法，框架預應力錨索支護體系抗震受力在解析法和數值模擬法方面已有相關研究成果，但在室內物理模擬試驗研究方面相關研究成果甚少，亟待從室內物理模擬試驗研究方法著手，對其抗震模擬方法開展系統研究工作。

二、室內物理模擬試驗方法研究設想

通過對振動臺試驗方案的分析與研究，以實際工程為原型，將原型和縮尺模型進行相似關系轉化，設計振動臺的室內縮尺模型。主要內容包括模型相似設計、模型箱設計、模型箱邊界處理、試驗材料選取及性能指標測試、坡體設計、測點布置 、地震波輸入、地質情況設計、地震工況設計等。

（一）地震波輸入研究

設置不同方向、不同加速度、不同類型的地震波，研究框架預應力錨索支護體系在地震作用下的結構受力響應。

（二）框架布置形式

設置不同截面尺寸、不同框架間距、不同配筋等條件，研究框架預應力錨索支護體系在不同布置形式下的結構受力響應。

（三）預應力錨索布置

可利用細鐵絲或金屬細桿插入格構錨固結點，模擬施加預應力，模擬預應力大小與桿件直徑、長度、深入滑床深度等因素有關。模擬施加預應力越大，滑體被壓實越緊密，滑體材料越密實，整個框架預應力錨索支護體系的自振頻率越大；同理，模擬施加預應力越小，滑體越松散，整個框架預應力錨索支護體系的自振頻率越小。自振頻率除與施加預應力有關，還與框架預應力錨索支護體系的結構布置，滑床、滑帶和滑體的布置情況有關。預應力施加作用越大，不一定越安全，可能會造成成本浪費。

（四）滑床、滑帶和滑體布置

根據相似原理，利用石英砂、水泥、細石子等相似材料模擬滑床、滑帶和滑體，滑帶材料應由松散、軟弱物質組成。結合不同厚度、不同坡角的滑坡體，研究框架預應力錨索支護體系在不同布置形式下的結構受力響應。

（五）地震作用響應

對未支護的邊坡在地震作用下的響應先進行靜力物理模擬試驗，根據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加載；然后進行動力物理模擬試驗（大型振動臺模擬地震加速度在X方向、Z方向、XZ方向），得出在靜力與動力物理模擬試驗中的響應技術參數，如靜力物理模擬試驗可得出位移、變形、作用力、開裂部位、裂縫開展情況等，動力物理模擬試驗可得出位移、加速度、速度、作用力、自振頻率、阻尼、共振頻率等，對比靜力與動力物理模擬試驗分析結果。

（六）支護體系改進

找出未支護條件下的邊坡在地震作用下的薄弱環節，對邊坡進行抗滑樁、樁板墻、預應力框架錨索聯合體的支護。對在支護條件下的邊坡重復進行靜力物理模擬試驗和動力物理模擬試驗，對比靜力與動力物理模擬試驗分析結果的差異。

三、技術討論

1）很多科研人員都在做高邊坡和路堤邊坡的大型振動臺物理模擬試驗研究，但是在有關于路堤邊坡動力響應的研究中，為什么未對大型重載車輛和列車行駛在路堤邊坡上的工況進行考慮？同時，在有關于高邊坡動力響應的研究中，為什么未對高邊坡雨水滲流、滲透等工況進行考慮？

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

3）在高邊坡和路堤邊坡的大型振動臺物理模擬試驗中，其形狀都是單一坡度的斜坡，科研工作者在斜坡內部的構造中如巖土性質、巖土分層、軟弱夾層以及不同斜坡坡度等進行研究其動力響應，為什么未考慮到當邊坡出現有轉角、邊坡外觀存在異形體的分析？當邊坡有轉角、邊坡存在異形體時，其不規則的交界處有可能影響較大，且存在有明顯的扭轉效應。

四、結語

綜上所述，框架預應力錨索支護體系抗震模擬方法研究應通過解析計算、數值模擬計算和室內物理模擬試驗等方法進行。室內物理模擬試驗方法為一項系統工程，涉及內容、專業復雜，耗費人工、成本大，應先編制試驗方案后實施，并與解析計算、數值模擬計算結果對比分析，查找差異和原因，對模型和計算方法進行修正調整，提出一整套系統的理論計算求解方法。

項目簡介：

本科研項目為成都紡織高等專科學校2015年度校級科研項目（項目編號：2015fzlkc06）。