不同上部結構下錨桿加固巖坡與結構及獨立基礎共同作用分析

周鴻軻 朱愛軍 曾祥勇 趙歡樂

摘 要：目前國內對巖質邊坡的錨固研究不多，本文采用有限元數值分析方法，對錨桿加固巖質地基在不同上部結構進行研究。計算分析表明：錨桿內力隨錨固深度加深而減小，隨離坡頂距離增大而增大;隨著框架層數的下降，巖坡水平位移降低導致上部結構的水平位移也降低;隨著框架層數的上升，基礎向近坡面處傾斜，坡面處沉降較大，遠離坡面沉降較小;隨著建筑層數增加，基礎的內力會增大，且此時基礎內力分布不對稱的趨勢會隨著邊坡地基變形增大;隨著建筑層數減少，坡頂上部框架底柱彎矩分布越接近于對稱分布，隨著建筑層數增加，底層框架邊柱的彎矩分布會向反方向改變。本文所得結論對實際工程具有一定的參考價值和指導意義。

關鍵詞：錨桿;巖質邊坡;上部結構;獨立基礎;數值分析

中圖分類號：TU470? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）02-0112-03

隨著經濟的發展和城市的擴張，城市用地越來越少，目前，國內建立了未錨固和錨固條件下的土質邊坡變形及變形區計算方法[1-3]，但對巖質邊坡的錨固研究不多，在實驗數據和工程實踐基礎上提出多種力學模型，包括桿單元模型、梁或柱單元模型、等效模型等。本文在此基礎上，采用Drucker-Prager模型[4]，對錨桿加固巖質地基[5-6]在不同上部結構及獨立地基共同作用進行有限元數值模擬分析[7]，得出一些定性結論，對相關工程有一定的指導和參考意義。

1 計算模型建立

如圖1，分別設置為三種不同層高的框架結構建筑物，其中柱間距為6米，每一跨跨度也為6米，分別設置6層框架的柱截面為0.25m2，12層框架的柱截面為0.49m2，18層框架的柱截面為0.81m2，橫梁截面寬為0.3m、高為0.55m。基礎采用柱下獨立擴展基礎，其中臺階高度為0.5m，底面尺寸為2m×2m。上述結構物均采用C30混凝土。建筑物相鄰巖質邊坡坡腳為90o。

為了建模與研究便捷，本文從縱向截取部分結構進行研究。如圖2所示，為了使得上部結構與地基基礎在進行變形計算時達到受力平衡。將建筑物柱下部和巖質邊坡接觸的部位設置為兩個單元的公共點，

2 本構模型及參數的選擇

在數值分析時，假設柱下基礎和巖質邊坡頂端梁為線彈性材料，框架結構梁所受到的荷載由屋面設計荷載推出為13kpa。

所研究建筑物所在地區普遍為紅層軟巖，并應用D-P準則，采用ANSYS軟件對其經i像那個數值分析，各項參數如表1所示。

在沒有固定的整體建筑與巖質邊坡共同作用分析的計算結果中，邊坡中沒有出現邊坡破壞的塑性區，如果在此情況下加入錨桿支護結構，邊坡的穩定性、安全性將得到更好的提升。

根據現在施行的建筑邊坡工程技術規范，錨桿參數為表2，取單孔錨桿由3根直徑28mm的HRB400的熱軋帶肋鋼筋組成，錨桿間距為2.5m×3m，錨長度為6.56m。

3 不同建筑層數情況

3.1 邊坡及框架結構的位移

圖3（a）、（b）、（c）為計算模型正立面的中心的邊坡剖面。由圖3所示，離邊坡最近的柱頂產生最大豎向位移。

如圖所示，位移最大處在離邊坡最近的柱頂（見表4）和邊坡坡頂（見表3），隨著遠離邊坡建筑物柱頂的位移將減小。所以建筑物的層數越少坡頂荷載越小，表層的穩定性越大。在實際施工中，水平位移的控制與減少更能提高地基的穩定。

3.2巖坡錨桿受力

錨桿在不同高度建筑荷載的作用下，變化的規律大致與邊坡變化規律相同。即插入邊坡越深，內力越小。距離坡腳越近內力越大。但錨桿深度對內力的影響要大于邊坡高度對內力的影響。

錨桿受力情況如圖4

3.3基礎的沉降和內力

在不同實常數與不同層數情況基礎的沉降如圖5所示。分別用不同線形表示不同層數。由圖可知建筑層數的增加導致荷載增加從而導致沉降增加，也是導致基礎沉降不均勻的條件之一。

由圖5還能看出，相同層數情況下沉降分布為兩邊大中間小，呈U形分布，且遠端住下獨立基礎的沉降大于近端沉降。但隨著層數減少，兩端的沉降差也會隨之減小，從遠端最大變為近端最大。

圖6可看出，彎矩的大小會隨著框架的升高逐漸增大，造成基礎受力增加，彎矩也增大。同時緊挨邊坡的基礎受到邊坡變形的影響，相較于其他住下基礎來說變形也會增大。

3.4 坡頂建筑結構內力

圖7中截取了不同框架的中間兩品。

由圖7所示，在低層框架中，底部柱的內力分布呈現對稱，而中層框架中，底部柱的內力逐漸開始不對稱，在高層框架中，底部柱的內力呈現完全不對稱的結果，原因是距離邊坡越近，層數越高，邊坡的不均勻沉降將會越大，對柱的影響與將會增大。

4結論

本文研究了不同上部結構下錨桿加固巖坡與結構及獨立基礎共同作用，在不同條件下進行對比研究，對建筑物層數、基礎與邊坡距離兩個因素在不同組合下進行研究，從而得出結論。

（1）建筑層數與巖坡水平位移降的下降，導致上部結構的水平位移也降低;

（2）隨著框架層數的下降，巖坡水平位移降低導致上部結構的水平位移也降低;

（3）建筑物越高，基礎整體向近坡面處傾斜，在遠離坡面處，沉降較小;

（4）隨著建筑層數增加，基礎的內力均會隨之增大，基礎內力分布不對稱的趨勢會上漲，對于條基彎矩不對稱的變化更為明顯;

（5）隨著建筑的升高，底層邊柱的彎矩分布會逆向改變，隨著建筑層數減少，坡頂上部框架底柱彎矩分布越接近于對稱分布。

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