预应力锚索的锚固效应对岩质边坡蠕变的影响研究

刘远洋

【摘 要】 对边坡施加预应力锚索是工程加固的一种常见形式，探究其锚固效应对于岩质边坡蠕变的影响在工程界有积极的指导意义。本文利用FLAC3D建立了锚固边坡模型，结合工程及室内蠕变试验经验选用Cvisc蠕变模型，从边坡和锚索两个不同方面考虑，得出了边坡的水平位移—时间及锚索拉应力—时间变化关系，并结合边坡未锚固和已加固的不同工况，对比岩体变形趋于稳定后的水平位移场云图，综合表明预应力锚索的锚固效应对限制岩质边坡的蠕变是有利的。

【关键词】 预应力锚索;蠕变;FLAC3D;岩质边坡

【中图分类号】 TU472 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）02-0016-03

1引言

预应力锚索加固是永久性岩质边坡支护的有效形式之一，也是一种主动加固手段。工程研究者从锚固机制和岩体蠕变角度出发，力求保证工程稳定性。

目前研究锚固效果多从力学角度出发，分析了锚固体系的力学行为，但关于锚索对岩质边坡蠕变影响的研究较少。因此，本文运用FLAC3D着重从预应力锚索对岩质边坡加固的角度出发，研究岩体蠕变时预应力锚索的影响。

2实际工程分析

一般情况下先进行蠕变试验，然后结合室内试验结果选择合适的蠕变模型，再确定模型参数。本文结合工程经验和室内蠕变试验经验采用Cvisc模型。

2.1工程概况

鄂西山区某高速公路段东南侧18m处有一边坡，为台阶式边坡。由工程地质报告可知，该地区岩体主要由中风化云母石英片岩组成，呈灰色，具鳞片变晶结构，岩芯的组织结构清晰可辨，裂隙发育，岩芯呈碎块状。

2.2建模及参数选取

本文利用FLAC3D建立模型，坡面向里为X轴正方向长120m，沿坡高方向为Z轴正方向高70m，厚0.8m。左右侧水平约束，底部边界固定约束，如图1所示。

将上述模型赋摩尔库仑参数见表1。预应力锚索分自由段和锚固段。本工程7根锚索全长16～22米，从下到上编号为1#～7#长度递增1米，锚固段长为8米。浆体参数见表2，示意图见图2，对岩质边坡加锚后见图3。

锚索统一施加540kN的预应力进行张拉，分析边坡位移场（见图4）与锚索应力场（图5）云图：坡体有向右位移，越靠近坡体表面越大，最大值大致在0.1mm-0.14mm区间，锚固段有向左位移，最大值可达0.22mm。锚固段的最大值在1#锚索的端首约28.9MPa，最小值在3#锚索的端末约0.08MPa。

先利用强度折减法确定边坡岩体临界破坏时的滑面情况，结合初始水平位移场分布在坡体，设三个监测点坡脚（40，0.4，30）、坡体内（75，0.4，50）和坡顶（70，0.4，70），记为1、2、3。然后赋Cvisc模型（图6），相应参数见表3。

2.3计算及结果分析

本文控制600天的蠕变总时长，分别导出坡脚的水平位移—时间关系见图7，坡体内及坡顶的曲线图见图8和图9所示。

由图7～图9可知，边坡蠕变约100天稳定后，锚固工况下的坡脚向左移动0.12mm，未锚固工况是0.10mm;锚固工况下的坡体向左移动0.10mm，后者为0.08mm;锚固工况下的坡顶沿X轴正向位移稳定在0.02mm，未锚固工况下沿X轴负向移动0.02mm。

对图5中的1#、4#、7#锚固段端末添加轴向应力监测点，并将轴向应力—蠕变时间关系导出见图10。岩体蠕变100天左右达到最大值，约290天后稳定。比较三条曲线可以得知，端末拉应力相对初期增大，1#索端末拉应力约0.26MPa、4#索端末拉应力约0.19MPa、7#索端末拉应力约0.21MPa。拉应力最大值在1#索端首约29.28MPa;5#锚索端末最小约0.18MPa。

最后，比对边坡水平位移场图11和图12，边坡未锚固时蠕变使边坡整体左移，且最大位移区（0.11mm-0.14mm）集中在坡脚以及坡体表面;锚固时，最大位移区已转到坡体内，坡顶蠕变改善明显。

3结论

利用FLAC3D建立了预应力锚固的岩质边坡模型，从边坡和锚索两个角度得出了边坡坡脚、破内和坡顶的位移与时间的关系，以及锚索拉应力与时间的关系，并和未锚固的边坡对比分析，揭示了锚固效应对岩体蠕变的影响机理，总结出结论：

（1）锚索锚固后在岩体周围产生一个初始水平位移场，表面分布了X轴正向的初始水平位移。岩体进入蠕变阶段后，坡体若未锚固会向左移动，但锚固后坡脚处位移和坡顶处位移减小，而坡体内部略微增大。比照图11和图12得，X軸负向最大水平位移场从边坡表面移动到了坡体内，该变化对限制坡脚、坡体表面位移有利。

（2）锚固段的拉应力随时间的推移而增大，且在减速蠕变阶段增幅明显。这说明锚固段为抵抗岩体间的相对运动增加了一定的拉应力来减弱这种影响。变形趋于稳定后，锚索锚固段的拉应力也趋于稳定，说明锚索锚固可以减小边坡蠕变影响。

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