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基于锚杆轴力监测的公路岩质边坡稳定性评价研究

郭永建  
【摘要】:山区公路存在大量的岩质边坡,其稳定性影响着公路的安全运营。公路岩质边坡虽然个体规模较小,但数量很大。要对边坡进行安全评判,若采用传统的位移监测方法,其系统规模将无法承受。本文在总结国内外研究成果的基础上,提出了应力监测的公路岩质边坡稳定性评价方法,即利用全长粘结测力锚杆轴力监测评价岩质边坡安全状况,该方法不仅监测方式简单,费用低,且能够及时预警。论文通过理论分析、数值仿真模拟、离心模型试验、现场试验监测等手段对岩质边坡锚杆轴力监测机理及实际应用效果进行了系统分析,主要研究成果如下: 1.建立了剪切破坏与拉剪破坏形式下的岩质边坡锚杆轴力与安全系数之间的关系,分析了岩质边坡安全系数计算公式中锚固力随岩体各项参数的变化规律,在理论上肯定了采用锚杆轴力监测评价岩质边坡稳定性的可行性。 2.基于空间一点受力的位移解形式—Mindlin位移解,结合岩质边坡结构面位置处全长粘结锚杆的受力形式,推导了沿全长粘结锚杆杆长方向的轴力、剪应力的解析表达式;并根据全长粘结锚杆在不同岩体中所起到的作用,求解相应的埋设方向角、锚固深度、截面尺寸等设计参数。 3.结合有限元软件Marc与有限差分软件FLAC3D对岩质边坡的应力场敏感性部位问题与不同形式岩质边坡的开挖支护过程进行分析,并对开挖完成的岩质边坡的岩体强度参数进行折减,进一步确定锚杆轴力与安全系数之间的关系。研究结果为现场试验中全长粘结锚杆的埋设部位、预警轴力等问题提供了必要的参数。 4.采用离心模型试验探求岩质边坡失稳前的锚杆轴力变化规律,得出岩质边坡失稳前锚杆轴力随离心加速度变化的实时曲线,基于剪切破坏理论,推导出试验过程中离心加速度与边坡安全系数之间的关系式。 5.依托达渝高速公路、广陕高速公路沿线的四处典型岩质边坡工程实例,从边坡的工程地质特征分析、监测信息研究以及锚杆轴力监测预警三个方面,进行了公路岩质边坡开挖以及运营过程中的稳定性评价,从工程应用的角度验证了边坡锚杆轴力监测的有效性和实际意义。 论文提出了若干锚杆轴力监测评价岩质边坡稳定性与监测预警的研究方法及实施路线,得到的研究成果可以为今后的公路岩质边坡的支护设计和监测预警提供参考。


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