工程土坡锚索加固位置优化设计方法及应用

发布时间：2020-07-30 02:13

【摘要】：随着土地资源的开发以及全球人口的增长,边坡问题已经与地震、火山并列成为了全球性三大地质灾害。因此,对于工程边坡的加固则显得尤为重要。在工程边坡加固所采用的技术措施中,预应力锚索因其自身独特的特点在实际工程中得到了广泛的应用。近几十年来,许多学者对预应力锚固技术进行了研究,并进一步优化了预应力锚固技术。对于预应力锚索的加固布设优化,一些学者通过研究与实践,提出了预应力锚索整体布置的一般性原则,即强调“强腰固脚”,避免“头重脚轻”,以防止“冒顶”现象。但是,对于预应力锚索优化布置设计方法的研究仍然不够,导致预应力锚索布置比较随机,锚索对边坡的加固效果也未达到最佳。本文针对工程土坡的预应力锚索加固优化布置问题,基于单排和多排锚索加固一级与多级均质土坡,通过锚索不同布设方法对预应力锚索加固边坡安全系数的影响分析,以及不同边坡角、不同土体力学参数组合、不同锚索倾角和锚索预应力大小对锚索的最优布置位置的影响分析,系统总结加固边坡预应力锚索的优化布设原则,并提出预应力锚索加固边坡优化设计方法。论文主要研究内容与结论如下:(1)采用极限平衡方法对单排锚索在不同位置加固一级和多级土坡模型进行边坡安全系数分析,并通过对比安全系数大小,总结单排锚索加固土坡的优化布设位置的一般性规律。在此基础上,分析当一级和多级土坡基本参数改变时对锚索的最优布设位置的影响。结果表明:锚索加固土坡最优布设位置一般在边坡中下部,且随着锚索在边坡位置的降低,边坡的整体稳定性逐渐提高而局部稳定性逐渐降低;当边坡角增加时,锚索最优布设位置的高度增加;锚索的最优布设位置的高度随着边坡土体粘聚力c和内摩擦角?的增加而降低;锚索布设倾角的增加使锚索最优布置位置的高度降低;锚索预应力的改变对锚索最优布设位置影响不大。(2)采用极限平衡方法对多排预应力锚索在不同位置的不同布设方式加固一级和多级土坡模型进行边坡安全系数的分析,并通过对比安全系数的大小,总结多排预应力锚索加固土坡的优化布设方式的一般性规律。结果表明:相同坡度的一级土坡多排锚索加固和多级土坡多排锚索加固的最优布置位置在边坡的中下部到坡脚附近的位置,且随着锚索布设位置的降低,边坡的整体稳定的安全系数先逐渐提高而后减小,而局部稳定的安全系数逐渐降低。且随着边坡级数的增加,多排锚索加固土坡的最优加固位置的μ值降低。(3)通过对比单排锚索和多排锚索加固的一级和多级土坡的计算结果可以看出,锚索加固土坡的最优布置位置基本一致,基于此,提出了预应力锚索加固边坡优化设计方法,即:当采用多排锚索来加固工程土坡时,可以先搜索计算出单排锚索加固土坡时的最优布置位置,然后再以单排锚索的最优布置位置为中心,等间距对称的将剩余总锚索预应力的锚索在中心锚索的两侧平分进行布置,并且布设在中心锚索靠近坡脚位置的单根锚索预应力可以适当增加。同时,为了防止出现局部破坏,可以通过边坡加固后安全系数的最低要求进行最低的边坡布设高度搜索,从而达到多排锚索加固土坡的优化布设方法。(4)运用本文的计算方法对实际工程中的边坡进行模拟计算,所得到的加固前和加固后的边坡安全系数与文献中基本一致;并且对实际工程案例采用本文提出的优化方法进行优化,得到的安全系数略大于文献中锚索加固边坡的安全系数,即相对于文献中锚索的布置方法显得更为安全。因此,本文提出的优化设计方法及步骤具有有效性和科学性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43
【图文】：

路线图,研究技术,路线,优化布设

本文主要的研究技术路线

流程图,边坡稳定性评价,流程图,边坡

边坡稳定性评价步骤坡的损坏的形式之所以是各种各样的，是因为土坡的坡有各式各样的，且一般是处在不同的环境下。所以，要性能的问题，首先就要将边坡放在独特的环境下，来判的趋势。然后，再根据初步判断后，通过一系列的数学得到边坡的安全系数，最后按照边坡的结构类型来拟定的评价边坡安全性能的步骤如图 2-1 所示。

毕肖普法,计算简图,锚固边坡

图 2-2 毕肖普法计算简图据毕肖普法的计算公式可以推导出锚固边坡的安全系数的计算公{ ( )} ( ' ''111 11sin cossin sinmji i i i i i i ij j jjhin ni ii i i i i ii iTc b W u b X X tgtgmSe eW Q W QR Rα β βα α == =+ + + + + + ( )'cos sini i i i sm tg Fα= α + α；n 为分条数；m 为锚索数；'c 及' 分别为土的有效粘聚力和有效内摩擦角；iW 为土条重量；iu 为孔隙水压力；ib 为土条宽度；iα 为土条的倾角；

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