斜坡深部卸荷岩体锚固效应研究

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锦屏一级水电站左岸边坡地质复杂多样、卸荷深拉裂隙发育密集,强卸荷带一般距坡表水平深度70-100m,弱卸荷带深度一般大约200m;强卸荷带内裂隙宽度3cm以上较常见,个别宽度可达1.0以上,边坡治理难度非常大。本文以左岸雾化区边坡地质条件为基础,通过数值模拟的方法,研究了拉力集中型锚索、拉力分散型锚索和无粘接压力分散型锚索与岩体的作用机理及其相互间的差异,在此基础上还研究了双锚的作用机理及其差异。依据前述研究成果,针对雾化区边坡的地质条件,模拟了雾化区边坡(暴雨段)在高地应力作用下的卸荷回弹变形、边坡开挖时的回弹变形部位和大小,并且对开挖后在锚索预应力支护体系作用下边坡的变形规律作了相应地论述与分析;最后,通过对暴雨工况、地震工况下的计算与分析,来检验压力分散型锚索预应力支护体系治理边坡的效果。研究成果如下:(1)拉力集中型锚索锚固影响范围轴向在3.5m左右、应力扩散范围2.0m,而且应力降低的很快;拉力分散型锚索应力最大值明显降低,应力在轴向呈串珠状分布、长度与锚固段相当,横向影响半径仅有1.5m左右。(2)压力分散型锚索压应力主要集中在注浆体上,应力最大值约为拉力分散型锚索应力最大值的5.0倍左右;轴向应力传递距离与拉力分散型锚索相当,横向影响半径稍小。(3)各类锚索在间距和排距均是5.0m时,相互之间对岩体产生应力的叠加并不明显;但是总体上是拉力集中型锚索最大,拉力分散型锚索次之,压力分散型锚索最小。(4)坡体开挖后,坡体内储存的弹性势能长时间的释放过程中,坡体也产生较大的卸荷回弹变形,变形量一般在14cm以上;锚索作用初期,锚索自由段范围内岩体裂缝表现为收缩变形,锚固段和锚索作用范围外卸荷带岩体的卸荷回弹变形仍在继续;锚索长度内的岩体经过一段时间的应力得以调整均匀后,岩体则表现为有一定的卸荷回弹变形。边坡整体的变形量在5cm左右,最大变形量约为8cm,基本与现场监测量相一致。另外,岩质边坡的预应力支护体系,可以根据坡表岩体的质量等级设计比较适合的支护类型,其作用原理并无本质区别,当坡表岩体质量较好时,可以不设计格构梁支护体系,而仅仅只设计锚索锚墩支护;当坡表岩体质量较差时,则应设计格构梁与锚索共同支护体系类型。通过对压力分散型锚索的预应力支护体系在暴雨工况下及地震工况下的验算得出:这种支护体系是安全可靠的,治理的边坡是稳定的。
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