壓力型錨桿在動力作用下的應變響應特性

張妙芝,王小鵬,李青青

(1. 陜西鐵路工程職業技術學院,陜西 渭南 714000；2. 寶雞市勘察測繪院,陜西 寶雞 721000)

0 引言

近些年來,由地震引發的邊(滑)坡失穩案例頻發[1]。為了保證地震區邊(滑)坡的安全,學者們對邊(滑)坡的支擋結構進行了大量的研究[2-3],但研究對象多以拉力型錨桿為主,壓力型錨桿研究較少,因此,文中采用ABAQUS有限元軟件模擬在地震作用下壓力型錨桿的應變響應特性,其研究的結果為壓力型錨桿支護邊坡的抗震設計提供借鑒。

1 壓力型錨桿支護邊坡的數值模型建立

1.1 計算參數

模型材料物理力學參數見表1。數值計算時土體視為理想彈塑性材料,屈服準則采用Mohr-Coulomb(M-C)準則,錨桿、砂漿視為彈性材料。

表1 模型材料物理力學參數

1.2 有限元計算模型

模型滑床底部長2.05m,頂部長0.5m,寬1.5m,高1.3m；滑體頂部長0.25m,坡角為60°,滑坡的潛在滑面為圓弧狀,采用壓力型錨桿支護滑坡；錨桿孔徑為25mm,桿體采用Φ6mm的鋼筋,承載板厚度為20mm,砂漿強度為M30；錨桿共5行4列,豎向間距225mm,水平間距293mm,錨固段長450mm,傾角30°。因錨固滑坡模型具有對稱性,數值模擬利用其對稱性,截取其中的一半進行計算,建立的數值模型如圖1所示。

圖1 數值模型

2 地震荷載輸入

地震波采用汶川波(2008年,代號W)單向水平輸入,地震量級逐級加載,加載工況見表2。

表2 汶川波加載工況

3 壓力型錨桿的應變響應特性

為了研究壓力型錨桿在垂直方向上的應變響應特性,文中以第二列各層錨桿滑面處的應變峰值為例進行分析。圖2給出了汶川波在0.1g、0.3g和0.6g作用下各滑面測點處的應變曲線。

圖2 各排錨桿在滑面處的應變峰值

由圖2可看出,地震作用下,不同高程處各滑面測點的應變差異較大；表現為：各排測點的應變自上而下呈“C”型分布,即頂排和底排錨桿的應變尤為突出；此外,隨著地震波幅值的增大,頂、底排錨桿發揮的作用越來越明顯,說明在強震作用下,坡頂和坡腳處的錨桿承擔了大部分荷載,這與傳統的邊坡設計思想“強腰固腳”不同,頂部錨桿在強震作用下也將受到較大的力。建議在高烈度地區采用擬靜力法設計錨桿加固邊坡時,應考慮加大頂層和底層錨桿的軸力。

4 結論

(1)地震作用下,不同高程處各錨桿的應變差異較大,自上而下呈“C”型分布,頂排和底排錨桿的應變較大；

(2)建議在高烈度地區,采用擬靜力法設計錨桿加固邊坡時,應考慮加大頂層和底層錨桿的軸力。