[發明專利]一種巖質邊坡加固的錨固洞結構設計方法

無效

• 申請號: 201010143017.4
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101814104A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 姜清輝;周創兵;孫金山
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及邊坡加固設計技術，特別涉及一種加固巖質邊坡的錨固洞結構設計方法。

背景技術

錨固洞是一種用于加固堅硬、較完整巖質邊坡的工程結構。錨固洞在軟弱結構面控制的大型深層滑坡的治理中應用較為廣泛，尤其是在水利水電工程的邊坡加固工程中，如洪家渡電站2號滑體、大崗山電站右岸邊坡等。錨固洞洞軸向一般平行滑動方向，水平或略向內側傾斜。錨固洞內沿洞軸方向布置受力主鋼筋(或型鋼、鋼管)，洞內用混凝土澆滿，主鋼筋主要受拉力作用。錨固洞主要憑借與巖體的共同作用，將滑坡推力傳遞到穩定地層，利用穩定地層的錨固作用和被動抗力來平衡滑坡推力，使邊坡的穩定性得以提高。

目前，錨固洞的設計理論和計算方法沒有形成較為統一的認識，邊坡設計規范中未提出相應的計算規定。《水電水利工程邊坡設計規范(DL/T?5353-2006)》關于錨固洞的設計有如下規定：

(1)錨固洞宜用于巖體堅硬完整的邊坡滑面較陡部位，洞軸方向應與滑體的滑動方向平行。為避免在滑體作用下受拉剪破壞，宜布置成向坡內傾斜，使其軸線盡量與滑面正交。對于利用已有勘探洞、施工支洞等改造形成的或與排水洞等結合使用的錨固洞，只宜作為加固措施之一，與其它加固措施共同參與抗滑穩定計算。

(2)錨固洞均應核算邊坡在洞體上盤或下盤巖土體內沿次級滑面和沿混凝土與巖土體界面處發生剪切滑動的可能。

(3)錨固洞設計斷面應結合邊坡穩定計算確定，其回填鋼筋混凝土計算應滿足《DL/T5057》的有關規定。

(4)錨固洞必須對頂拱進行回填灌漿，必要時對洞周可進行固結灌漿。

目前，對錨固洞的設計一般通過工程類比法確定錨固洞位置和尺寸，其荷載取值、內力計算等方面無成熟、系統的設計計算方法。

錨固洞設計理論和計算方法的不完善使設計方案的合理性降低，甚至難以達到抗滑效果，如漫灣水電站左岸邊坡在采用錨固洞加固后仍然在1989年1月7日發生滑坡，體積達10.6萬m³，已完工的13個錨固洞均遭到破壞，其中6個洞為近似平行滑裂面的斜截面受拉破壞，有大偏心受拉并伴有剪壓破壞特征，有7個洞為垂直洞軸線的正截面受拉破壞，有全截面小偏心受拉特征。

因此，當前錨固洞設計過程中存在許多問題亟待解決，如：

(1)錨固洞作用荷載難以確定，尤其是邊坡采用多種加固形式或錨固洞分層布置時，作用于錨固洞上的滑坡推力及其分布形態等都難以準確計算；

(2)缺乏力學概念清晰的錨固洞計算模型。目前與錨固洞作用機制相近的抗滑樁的計算方法主要有懸臂梁和地基系數法等，而荷載和計算參數變化對這類方法的計算結果影響較大，難以滿足錨固洞設計要求。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術的狀況提供一種巖質邊坡加固的錨固洞設計方法，較為全面的反映錨固洞受力特征，更為方便的獲得錨固洞彎矩、剪力和軸力的分布形態，實現錨固洞的精確高效設計。

本發明的技術方案依次進行以下步驟：

(1)初步擬定錨固洞參數：

根據邊坡滑體的成因、性質、范圍和穩定狀態，通過工程類比法初步擬定包含有位置、長度、斷面形狀的巖質滑坡體錨固洞參數；

(2)建立錨固洞加固邊坡的有限元模型：

根據工程地質資料建立巖質邊坡的有限元模型，并將錨固洞簡化為梁單元，將滑面簡化為實體單元。

(3)計算分析錨固洞內力：

通過有限元模型計算獲得錨固洞的變形和內力并據此繪制剪力圖與彎矩圖，計算最大剪力、彎矩、軸力及其部位；

(4)設計錨固洞配筋：

依據鋼筋混凝土構件設計規范以及錨固洞內力計算結果對錨固洞配筋進行設計；

(5)優化錨固洞設計參數：

根據邊坡設計規范規定的邊坡穩定性要求，對錨固洞設計參數進行優化分析，提出滿足邊坡穩定的錨固洞長度、高度以及配筋參數。

在設計中，利用上述有限元模型對錨固洞進行結構計算時：可將錨固洞簡化為鐵木辛柯梁單元，且其與巖土體單元共結點；梁單元采用線彈性材料模型，材料參數通過錨固洞抗彎剛度等效獲得。

本發明的特點是，基于有限元分析理論，將錨固洞簡化為梁單元，進行錨固洞內力計算，依據內力計算結果進行錨固洞的配筋設計及設計參數的優化。該方法具有概念明晰、計算精度高等優點，方便工程技術人員對錨固洞結構進行優良設計。

附圖說明

附圖1為加固邊坡簡化有限元模型示意圖；

附圖2為錨固洞初步設計參數示意圖；

附圖3為錨固洞彎矩圖；

附圖4為錨固洞剪力圖；

附圖5為錨固洞配筋圖；