預應力錨索的錨固效應對巖質邊坡蠕變的影響研究

劉遠洋

【摘 要】 對邊坡施加預應力錨索是工程加固的一種常見形式，探究其錨固效應對于巖質邊坡蠕變的影響在工程界有積極的指導意義。本文利用FLAC3D建立了錨固邊坡模型，結合工程及室內蠕變試驗經驗選用Cvisc蠕變模型，從邊坡和錨索兩個不同方面考慮，得出了邊坡的水平位移—時間及錨索拉應力—時間變化關系，并結合邊坡未錨固和已加固的不同工況，對比巖體變形趨于穩定后的水平位移場云圖，綜合表明預應力錨索的錨固效應對限制巖質邊坡的蠕變是有利的。

【關鍵詞】 預應力錨索;蠕變;FLAC3D;巖質邊坡

【中圖分類號】 TU472 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）02-0016-03

1引言

預應力錨索加固是永久性巖質邊坡支護的有效形式之一，也是一種主動加固手段。工程研究者從錨固機制和巖體蠕變角度出發，力求保證工程穩定性。

目前研究錨固效果多從力學角度出發，分析了錨固體系的力學行為，但關于錨索對巖質邊坡蠕變影響的研究較少。因此，本文運用FLAC3D著重從預應力錨索對巖質邊坡加固的角度出發，研究巖體蠕變時預應力錨索的影響。

2實際工程分析

一般情況下先進行蠕變試驗，然后結合室內試驗結果選擇合適的蠕變模型，再確定模型參數。本文結合工程經驗和室內蠕變試驗經驗采用Cvisc模型。

2.1工程概況

鄂西山區某高速公路段東南側18m處有一邊坡，為臺階式邊坡。由工程地質報告可知，該地區巖體主要由中風化云母石英片巖組成，呈灰色，具鱗片變晶結構，巖芯的組織結構清晰可辨，裂隙發育，巖芯呈碎塊狀。

2.2建模及參數選取

本文利用FLAC3D建立模型，坡面向里為X軸正方向長120m，沿坡高方向為Z軸正方向高70m，厚0.8m。左右側水平約束，底部邊界固定約束，如圖1所示。

將上述模型賦摩爾庫侖參數見表1。預應力錨索分自由段和錨固段。本工程7根錨索全長16～22米，從下到上編號為1#～7#長度遞增1米，錨固段長為8米。漿體參數見表2，示意圖見圖2，對巖質邊坡加錨后見圖3。

錨索統一施加540kN的預應力進行張拉，分析邊坡位移場（見圖4）與錨索應力場（圖5）云圖：坡體有向右位移，越靠近坡體表面越大，最大值大致在0.1mm-0.14mm區間，錨固段有向左位移，最大值可達0.22mm。錨固段的最大值在1#錨索的端首約28.9MPa，最小值在3#錨索的端末約0.08MPa。

先利用強度折減法確定邊坡巖體臨界破壞時的滑面情況，結合初始水平位移場分布在坡體，設三個監測點坡腳（40，0.4，30）、坡體內（75，0.4，50）和坡頂（70，0.4，70），記為1、2、3。然后賦Cvisc模型（圖6），相應參數見表3。

2.3計算及結果分析

本文控制600天的蠕變總時長，分別導出坡腳的水平位移—時間關系見圖7，坡體內及坡頂的曲線圖見圖8和圖9所示。

由圖7～圖9可知，邊坡蠕變約100天穩定后，錨固工況下的坡腳向左移動0.12mm，未錨固工況是0.10mm;錨固工況下的坡體向左移動0.10mm，后者為0.08mm;錨固工況下的坡頂沿X軸正向位移穩定在0.02mm，未錨固工況下沿X軸負向移動0.02mm。

對圖5中的1#、4#、7#錨固段端末添加軸向應力監測點，并將軸向應力—蠕變時間關系導出見圖10。巖體蠕變100天左右達到最大值，約290天后穩定。比較三條曲線可以得知，端末拉應力相對初期增大，1#索端末拉應力約0.26MPa、4#索端末拉應力約0.19MPa、7#索端末拉應力約0.21MPa。拉應力最大值在1#索端首約29.28MPa;5#錨索端末最小約0.18MPa。

最后，比對邊坡水平位移場圖11和圖12，邊坡未錨固時蠕變使邊坡整體左移，且最大位移區（0.11mm-0.14mm）集中在坡腳以及坡體表面;錨固時，最大位移區已轉到坡體內，坡頂蠕變改善明顯。

3結論

利用FLAC3D建立了預應力錨固的巖質邊坡模型，從邊坡和錨索兩個角度得出了邊坡坡腳、破內和坡頂的位移與時間的關系，以及錨索拉應力與時間的關系，并和未錨固的邊坡對比分析，揭示了錨固效應對巖體蠕變的影響機理，總結出結論：

（1）錨索錨固后在巖體周圍產生一個初始水平位移場，表面分布了X軸正向的初始水平位移。巖體進入蠕變階段后，坡體若未錨固會向左移動，但錨固后坡腳處位移和坡頂處位移減小，而坡體內部略微增大。比照圖11和圖12得，X軸負向最大水平位移場從邊坡表面移動到了坡體內，該變化對限制坡腳、坡體表面位移有利。

（2）錨固段的拉應力隨時間的推移而增大，且在減速蠕變階段增幅明顯。這說明錨固段為抵抗巖體間的相對運動增加了一定的拉應力來減弱這種影響。變形趨于穩定后，錨索錨固段的拉應力也趨于穩定，說明錨索錨固可以減小邊坡蠕變影響。

【參考文獻】

[1]何峰，王來貴，姚再興，等.煤巖層狀邊坡蠕變破裂數值模擬[J].金屬礦山，2011（4）：41-44.

[2]陳安敏，顧欣，顧雷雨，等.錨固邊坡楔體穩定性地質力學模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2006（10）：2092-2101.

[3]李劍，陳善雄，余飛，等.預應力錨索加固高陡邊坡機制探討[J].巖土力學，2020（2）：1-8.

[4]韓愛民，李建國，肖軍華，等.預應力錨桿框架梁的支護力學行為研究[J].巖土力學，2010，31（9）：2894-2900.

[5]李佳宇，張子新.FLAC3D快速入門及簡單實例[M].北京：中國建筑工業出版社，2016：114-117.

[6]蔣海飛，胡斌，劉強，等.考慮巖土蠕變特性的邊坡長期穩定性研究[J].金屬礦山，2013（12）：131-134，157.