格構(gòu)錨固作用下滑坡應(yīng)力分布試驗研究

摘" 要：通過滑坡防治格構(gòu)錨固大型物理模型試驗，分析了格構(gòu)錨固滑坡在坡頂荷載下坡腳、滑體、滑床的土壓力分布規(guī)律。結(jié)果表明：格構(gòu)梁加固區(qū)域內(nèi)土壓力較大，區(qū)域外土壓力小;橫梁作用范圍內(nèi)，坡體內(nèi)應(yīng)力呈跨中大、節(jié)點(diǎn)小的拱形分布，錨桿減小了滑坡下滑力;坡體縱剖面?zhèn)认蛲翂毫纳系较鲁蕭佄锞€分布，滑床土體受拉，滑體土體受壓;當(dāng)滑床土體的拉力到達(dá)一定程度后，滑坡可產(chǎn)生新的滑面或者錨桿產(chǎn)生椎體破壞。研究結(jié)果可為格構(gòu)錨固體系的優(yōu)化設(shè)計提供一定參考。

關(guān)鍵詞：滑坡;格構(gòu)錨桿;應(yīng)力分布

中圖分類號：P642.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號：2095-2945（2021）13-0054-03

Abstract： Through large-scale physical model test of landslide prevention and control， the study investigated the distribution law of earth pressure at the foot of slope， sliding mass and sliding bed of lattice anchored landslide under the load on the top of the slope. The results show that： the earth pressure in the reinforcement area of lattice beam is larger than that outside the area; the stress in the slope is arched distribution with large span and small node within the scope of crossbeam， and the bolt reduces the sliding force of landslide; the lateral earth pressure on the longitudinal section of the slope is parabolic distribution from top to bottom， the sliding bed soil is under tension， and the sliding mass soil is compressed. With the loading， when the tensile force of the sliding bed soil reaches a certain degree， the landslide may produce new sliding surface or the anchor may cause vertebral body failure. The research results can provide some reference for the optimal design of lattice anchor system.

Keywords： soil landslide; lattice anchor; stress distribution

由格構(gòu)梁和錨索（或錨桿）組合而成的格構(gòu)錨固技術(shù)，施工簡單、快速，既經(jīng)濟(jì)又美觀，是邊坡加固、滑坡治理中經(jīng)常采用的技術(shù)之一。近年來，諸多巖土界學(xué)者對格構(gòu)錨固體系的抗滑作用機(jī)理、格構(gòu)梁的內(nèi)力、基底反力分布及破壞模式等開展了研究[1-4]，研究重點(diǎn)大部分為格構(gòu)梁或者錨桿（錨索），對于格構(gòu)錨固作用下滑坡應(yīng)力分布規(guī)律的研究較少。有學(xué)者提出了格構(gòu)作用使坡體應(yīng)力得到了有效改善，但有關(guān)這方面的研究主要是通過有限元數(shù)值模擬，如丁秀美等[5]通過Flac3D模擬，認(rèn)為在預(yù)應(yīng)力格構(gòu)錨固體系中，預(yù)應(yīng)力通過格構(gòu)梁作用到土體，在格構(gòu)梁作用位置產(chǎn)生附加應(yīng)力，且應(yīng)力發(fā)生擴(kuò)散，使得坡體整體應(yīng)力提高;許英姿等[6]進(jìn)行的數(shù)值分析也表明：預(yù)應(yīng)力格構(gòu)錨固在滑坡體內(nèi)部產(chǎn)生較均勻的壓應(yīng)力，對土體強(qiáng)度有所提高;周勇等[7]認(rèn)為錨桿在一定錨固區(qū)域內(nèi)形成的壓應(yīng)力帶通過框架擋墻及擋土板將形成壓力面，可從根本上改善土體力學(xué)性能，有效控制土體發(fā)生位移。

坡體應(yīng)力可反映格構(gòu)錨固對滑坡的作用機(jī)理，也可推斷格構(gòu)錨固體系的發(fā)展趨勢和可能的破壞模式，因此，有必要通過模型試驗研究格構(gòu)錨固作用滑坡的應(yīng)力分布和發(fā)展規(guī)律。作者[8-9]前期通過模型試驗研究了格構(gòu)錨固體系的受力變形規(guī)律，揭示了格構(gòu)錨桿的抗滑作用機(jī)制，在此，對格構(gòu)錨固作用滑坡在坡頂荷載下坡腳、滑體、滑床的土壓力分布進(jìn)行研究。為格構(gòu)錨固體系的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 格構(gòu)錨桿加固滑坡模型試驗

本次試驗屬于課題組研究的一部分，詳細(xì)的試驗方案可參看文獻(xiàn)[8-9]，在此簡要介紹模型試驗概況和傳感器布設(shè)、測試情況。

1.1 模型試驗概況

試驗在自制的模型箱中進(jìn)行，模型箱9.5m（長）×6.5m（寬）×6.5m（高）。模型試驗幾何相似比為1：2，彈性模量相似比為1：1，即模型試驗材料與原型相同，采用黃土制作滑體、滑床，鋼筋混凝土制作格構(gòu)，砂漿鋼筋制作錨桿。模型試驗中錨桿橫豎間距均為1.5m，格構(gòu)梁截面0.1m×0.1m。錨桿施加預(yù)應(yīng)力10kN，采用坡頂分級堆載砂袋的方式模擬格構(gòu)錨固作用下滑坡的變形滑動。每施加一級荷載（6kPa/級），實(shí)時測試數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后施加下一級荷載。本次試驗共加載7次，坡頂荷載合計42kPa。

1.2 土壓力盒布設(shè)

試驗中為測試坡體應(yīng)力變化規(guī)律，共布設(shè)29個SZZX-EXX系列振弦式土壓力盒，壓力盒量程為0.4MPa，直徑為88mm，厚度為24mm（圖1）。其中坡腳布設(shè)1排土壓力盒（13個），用于測試所在位置的水平滑坡推力，在滑坡縱剖面分左右兩側(cè)布設(shè)2列土壓力盒（共16個，其中4個位于滑床，其余位于滑體），用于測試滑體、滑床側(cè)向土壓力變化情況，間距均為50cm，布設(shè)位置見圖2、圖3。

1.3 試驗結(jié)果

坡頂加載42kPa后，滑坡格構(gòu)錨桿體系發(fā)生微小的滑移，坡頂下沉6.6cm，坡腳剪出7.2cm，格構(gòu)梁出現(xiàn)多條裂縫，錨桿最大拉力接近極限錨固力，加固體系達(dá)到了極限承載力狀態(tài)，停止加載。共測得8組土壓力有效數(shù)據(jù)。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

在錨桿預(yù)應(yīng)力施加后的初始階段，10kN的預(yù)應(yīng)力通過格構(gòu)梁擴(kuò)散減小后，坡體內(nèi)土壓力盒只測到微弱變化，不能反映有關(guān)規(guī)律，因此，作者分析時以坡頂加載前的土壓力盒測試值為零值，只研究坡體在坡頂加載過程中的土壓力變化規(guī)律。另外，由于滑坡縱剖面上的土壓力盒呈左右對稱布設(shè)，作者在處理數(shù)據(jù)時，為消除測量誤差，將對稱土壓力盒的數(shù)據(jù)取均值，得到滑坡縱剖面各位置的土壓力值。

2.1 坡腳土壓力變化規(guī)律

圖4為試驗滑坡坡腳土壓力隨加載的變化曲線，左側(cè)縱坐標(biāo)表示坡腳格構(gòu)橫梁作用區(qū)內(nèi)、區(qū)外不同位置的土壓力大小，右側(cè)縱坐標(biāo)表示坡腳土壓力平均值隨加載的變化規(guī)律。從圖中右側(cè)縱坐標(biāo)可看出，坡腳土壓力隨加載量的增加由1.5kPa增大到13.4kPa，基本呈線性變化，說明滑坡下滑力隨加載在逐漸增大;從坡腳各點(diǎn)土壓力分布曲線可看出格構(gòu)梁加固區(qū)域內(nèi)土壓力較大，區(qū)域外土壓力小，力的相互作用表明格構(gòu)對直接作用區(qū)域的阻擋作用明顯，對直接作用區(qū)域外土體的作用變小。

此外，從圖中也可看出，橫梁作用范圍內(nèi)，坡體內(nèi)應(yīng)力呈跨中大，節(jié)點(diǎn)小的拱形分布，表明錨桿一定程度上減小了滑坡下滑力。

2.2 滑坡土壓力變化規(guī)律

圖5為滑坡縱剖面?zhèn)认蛲翂毫﹄S加載的變化曲線，反映坡體側(cè)向土壓力變化規(guī)律，從中可看出，在格構(gòu)梁作用下，坡體縱剖面?zhèn)认蛲翂毫纳系较鲁蕭佄锞€分布，滑床及滑體頂部土壓力變化較小，滑體下部最大;滑床土壓力變化為負(fù)值，滑體土壓力變化為正值，格構(gòu)梁加固中下部區(qū)域土壓力較大且增長較快，說明在坡頂荷載和格構(gòu)錨固作用下，滑床土體受拉，滑體土體受壓，滑坡中下部格構(gòu)梁承擔(dān)主要土壓力;此外，從圖中也可看到錨桿附近土壓力變化較小（壓力盒Z4），也說明錨桿減小了滑坡下滑力。

圖6為滑床側(cè)向土壓力（壓力盒Z1、Z2）和滑體側(cè)向土壓力（壓力盒Z3～Z8）變化平均值隨加載的變化曲線，從中可看出，滑床側(cè)向土壓力在加載過程中由-1.27kPa減小到-5.26kPa，滑體側(cè)向土壓力在加載過程中由1.08kPa增大至9.15kPa，更清楚地說明了坡頂荷載作用下，滑床土體受拉，滑體土體受壓，由于土體抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低，因此可判斷隨著加載當(dāng)滑床土體的拉力到達(dá)一定程度后，滑坡可產(chǎn)生新的滑面或者錨桿產(chǎn)生椎體破壞。

3 結(jié)論

（1）格構(gòu)梁加固區(qū)域內(nèi)土壓力較大，區(qū)域外土壓力小，表明格構(gòu)對直接作用區(qū)域的阻擋作用明顯，對直接作用區(qū)域外土體的作用變小。

（2）橫梁作用范圍內(nèi)，坡體內(nèi)應(yīng)力呈跨中大，節(jié)點(diǎn)小的拱形分布，表明錨桿一定程度上減小了滑坡下滑力。

（3）坡體縱剖面方向側(cè)向土壓力從上到下呈拋物線

分布，表明滑坡中下部格構(gòu)梁承擔(dān)主要土壓力。

（4）滑床土體處于受拉狀態(tài)，滑體土體處于擠壓狀態(tài)。當(dāng)滑床土體的拉力達(dá)到一定程度后，滑坡可產(chǎn)生新的滑面或者錨桿產(chǎn)生椎體破壞。

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