三维滑体锚固力计算方法及工程应用

发布时间：2019-08-16 13:47

【摘要】：基于恰当的假设,构造了锚固边坡的三维滑面正应力分布,建立了一种三维滑体锚固力计算方法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,并由典型条柱的平衡条件构造了滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件,建立了关于3个待定参数及1个锚固力系数的线性方程组,可直接求解出预定安全系数下的锚固力系数。这种新的三维滑体锚固力计算方法的优点是计算过程简单,易于实现;满足4个主要平衡条件,精度较高。该方法已用于乌江银盘重力坝左岸边坡三维滑体的加固设计,取得了令人满意的效果,具有进一步推广应用的价值。
【图文】：

算例,计算模型,锚固力,滑体

sxyFΔ；10ddyBsxy；20sstanddddxΔΔBcxysxyFΔFΔ；30sstandd1ddxxΔΔBWcsxysxyFΔFΔ；4sddΔBMcrxyFΔ。显然，，经整理后的式（17）为关于1、2、3和p的线性方程组，通过求解即可得到锚固力系数p的表达式为4p0ΦΦ（18）式中：11121314111213121222324212223204313233343132333414243444142434;CCCCCCCBCCCCCCCBΦΦCCCCCCCBCCCCCCCB。3算例分析如图2所示，某均质干燥边坡，坡高h40m，坡度为45°，土体重度22kN/m3，边坡土体抗剪强度指标c30kPa，30°。假设滑面为三维椭球面，在图示坐标系下，其方程为222222(40)(40)1400.540xyzb（19）式中：b为滑体横向最大宽度。(a)剖面图(b)平面图(c)三维图图2算例计算模型Fig.2Exampleofcomputationalmodel分别选取bh、2h、3h、4h、10h，为了保证该边坡稳定安全系数达到1.35，拟采用锚杆加固，锚杆垂直作用于坡面，且通过滑体中心，采用本文方法计算所需的锚固力列于表1中。由表1可见，随着滑体宽度的不断增大，每延米所需锚固力逐渐增大，也就是说，考虑三维空间效应后，总锚固力xzl=40mO(0,0)=h04mr=40mM(40,40)x=l04mby

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第2期卢坤林等：三维滑体锚固力计算方法及工程应用505有所降低，尤其是在宽高比很小的情况下，降低幅度还比较显著。表1锚固力计算结果Table1Resultsofreinforcingforcesb/hFsFs=1.35所需锚固力/(kN/m)11.29860121.21771831.19974241.187752101.1857614工程应用重庆银盘水电站左岸坝肩边坡开挖量大，坝顶高程为227.5m，施工期临时开挖边坡坡高130多米，大坝建成后边坡下部被大坝坝体覆盖，坝顶高程227.5m以上最大坡高约80m，如图3所示。坝肩边坡岩层为灰岩与页岩，层间发育有多条剪切带，其中Ⅱ1-7005、Ⅱ1-7006因其出露部位以及与大坝的相对位置，其影响最为显著。银盘左岸坝肩边坡内的众多不连续面可组合成多个潜在空间滑体，其中对大坝稳定最不利的潜在滑体是由层间剪切带（产状为268°∠39°）、NEE组（平均产状为350°∠70°）与NWW组（平均产状为195°∠75°）裂隙面，以及大坝建基面组成，如图4所示。层间图3银盘左岸坝肩边坡及坝体Fig.3AbutmentslopeatleftbankanddamofYinpan图4银盘左岸坝肩潜在三维滑面Fig.43DslipsurfaceindamabutmentatleftbankofYinpan剪切带黏聚力c15kPa，摩擦系数f0.2；裂隙面连通率为30%，综合黏聚力c330kPa，综合摩擦系数f0.63；建基面黏聚力c450kPa，摩擦系数f0.75；岩体重度为26.5kN/m3。经三维极限平衡分析[1617]，在设计工况（上游水位为218.61m，下游水位为1178.50m）坝肩边坡稳定性达不到设计规范要求，需要进行加固处理，其中初选加固方案之一为锚索加固，见图5。锚索穿过层面剪切带，其方位与层面剪切带倾向一致。与一般边坡加固设计不一样，本工程同时涉及上部自然边坡稳定与下部坝体抗滑稳定（上下部分界如图5所示），两部分安全系数要求不同
【作者单位】：中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;合肥工业大学土木与水利工程学院;
【基金】：国家自然基金资助项目(No.51402256) 中国博士后基金(No.2015M570533) 水利部公益项目(No.201401063)~~
【分类号】：TU43

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