公路滑坡加固预应力锚索受力分析研究

陈 彬

公路滑坡加固预应力锚索受力分析研究

陈 彬

（四川省交通运输厅交通勘察设计研究院 610000）

针对公路滑坡预应力锚索加固技术措施，结合实例，在明确滑坡地质特性与危害的基础上，采用有限元方法，研究预应力锚索的作用机理和受力状态，旨在为切实做好公路滑坡加固处理提供可靠的理论依据。

公路滑坡；滑坡加固；预应力锚索；受力分析

公路滑坡段的存在严重威胁行车安全，虽然投入大量成本进行修复与保通，但泥石流、落石与崩塌等灾害依然时有发生，导致滑坡成为限制交通事业发展主要瓶颈之一。由此可见，采取有效的滑坡加固技术提高滑坡稳定性至关重要。然而，为确保加固措施有效性，还需分析、掌握加固受力状况。对此，本文结合公路滑坡实例，围绕其地质特性与危害，研究锚索加固受力，具体内容如下。

1、滑坡地质特性与危害

1.1地质特性

某滑坡群变形体以成群形式分布，根据野外勘查，在长度为3km的区域中，共存在滑坡30处，其中，已造成实际病害的有6处。现将具有一定代表性2号滑坡作为研究对象，对其地质特性进行分析：此滑坡分布于堆积物厚度较大的区域，由于堆积物的力学性质偏差，因此由其形成的边坡稳定性也较差；滑坡分布于公路周边斜坡的中部及下部，除遭受水体切割作用，该区域还是径流活跃带。

1.2滑坡危害

（1）坍塌。滑坡在开始滑动以后，会形成高度为200m左右的侧壁与后壁，坡度可达50°以上，加之受到降水与地下水的作用，冲洪积土无法保持边坡原外形，进而造成坍塌。

（3）泥石流。滑坡在开始滑动以后，滑体物质不断分解，加之受到降雨作用影响，导致坡体表面达到饱水状态，此时地下水的切割与侵蚀作用加剧，促使泥石流危害产生。目前，在滑体的表面已经形成了冲沟，其最大深度可达30m。在冲沟的两边与沟头处，还存在很多坍塌体，雨季时冲沟泥石流时常发生。

2、加固受力分析

2.1计算原理

对于岩土介质而言，弹塑性为瞬时特征主要表现。在土体承受载荷增至某量级后，岩土介质必将产生变形[1]。变形产生后，岩土体还将发生非线性的应力应变变化。根据相关理论可得，基于变形条件的岩土体应力和应变主要保持以下关系：

式（1）中，l代表加载准则，如果l>0，则h(l)=0；如果l≤0，则h(l)=1。[De]代表弹性矩阵。[DP]代表塑性矩阵。

在不考虑岩土体自身硬化特性以后，可对应变进行简化。同时采取塑性势函数实施计算，计算公式为：

式（2）中，H代表硬化函数；Q代表塑性势函数；f代表屈服函数。f在上式中主要使用摩尔库伦屈服法则，摩尔库伦屈服法则表达式为：

水利非税收入是水利投入的主要组成部分和重要来源，2011年，辽宁省市县水利非税收入36.4亿元，其中19.8亿元用于水利工程建设和管理，使用率仅为54.4%。

表1 滑面计算参数取值

2.2计算基本假设

（1）在断面上随机选取宽度为1.0m的岩土条，将其作为计算分析断面，不考虑两则磨阻影响。

（2）认为滑坡体和填充体均为各项同性的均质、连续介质。

2.3计算参数

定量计算与推力评估过程中，需重点考虑抗剪强度参数。实际情况根据测量数据实施对比与分析，以此选取最佳参数。一般而言，块体滑坡可分成三大部分，即为主滑段、抗滑段和牵引段。对此，应按照不同滑坡段对应的强度特性参数开展计算。

2.4锚索加固作用分析

计算二维有限元时，可对锚索使用锚杆、梁进行模拟。锚杆主要承受拉力，如果滑坡滑动面与锚杆之间的角度较小，则锚杆主要起到降低滑动力的作用。相反，如果滑坡滑动面与锚杆之间的角度较大，则起到增大抗滑力作用[2]。

实际操作中，由于受到地形地势、滑坡滑动面频繁起伏等因素的影响，通常很难保证所有锚索与滑坡滑动面都保持最佳夹角。基于此，锚索除拉力外，还存在一定剪力与弯矩。对此，若依然按照传统方式进行计算，将造成很大的偏差。

为验证以上推理，选定一处典型端面实施对比计算。从计算结果中可以看出，若按锚杆单元计算，则下部锚索将存在拉力作用，中部锚索不受力，上部锚索部分受力；若按梁单元计算，则除了存在轴向力，还涉及弯矩与剪力，这一现象在潜在滑动面的周围更为明显，说明采用梁单元计算较为合理。由此可见，实际计算中将锚索看作梁单元更为合理。

根据上述分析结果可得：

（1）锚索上存在剪切力、弯矩与轴向力，受力条件复杂。

（2）填土、挡板与锚索一同进行施工时，锚索和挡板之间的接触面会产生一定剪力，并在填土的底层产生剪力；为避免这一问题的产生，应采取“先填后锚”方法，所以相关人员要对施工顺序给予足够重视[3]。

（3）先对锚板与填土进行施工，然后再进行锚索施工。在这一施工模式下，锚索剪力与拉力不会超出标准设计值。

（4）由于未能对锚索预应力实施模拟，所以轴力计算结果和实际相比普遍较小，而弯矩与剪力则偏大。

结束语

滑坡锚固效果与滑坡稳定性息息相关，借助有限元方法能对滑坡的锚索加固实施全面分析和计算。为便于计算，确保计算准确性，可采用梁单元计算取代锚杆单元计算，通过计算可知：梁单元计算能更好的满足受力特性，也更贴近工程实际。与此同时，还将滑坡的内部应力作为切入点，深入分析了锚索加固机理、效应和成果，得出切实有效的加固方式。从实际效果看，本滑坡所用锚索加固系统合理可行，可为类似滑坡提供借鉴和参考。

[1]刘聪,冷艳秋,胡高社,毛彦龙,董秀坤.川藏公路滑坡加固预应力锚索受力分析研究[J].灾害学,2014,10(01):25-29.

[2]戴自航,石金华,卢才金.预应力锚索框架梁加固滑坡的稳定性数值分析[J].铁道科学与工程学报,2014,11(03):9-16.

[3]欧阳旭.预应力锚索-框架梁和锚索-抗滑桩联合加固技术在高速公路滑坡工程中的应用探讨[J].中外建筑,2015,11(02):122-124.

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