岩质边坡稳定性及锚喷加固研究_精品文档.doc

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河海大学

硕士学位论文

岩质边坡稳定性及锚喷加固研究

姓名：

李隽

申请学位级别：

硕士

专业：

结构工程

指导教师：

赵引

20060501

摘要

岩体是一种极为复杂的介质，岩质边坡发生的滑坡受岩体结构、地应力等影响，呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。

合理地分析岩质边坡的稳定性，并在此基础上进行加固处理研究是十分迫切的。

锚杆喷射混凝土加固技术将喷射混凝土技术和预应力锚杆结合起来，近年来在大型边坡特别是岩质边坡滑坡治理中，得到广泛的应用。

本文通过理论分析与数值模拟对岩质边坡的稳定性进行研究，对锚杆喷射混凝土对岩质边坡的加固效果的作了评价和分析。

首先，对岩质边坡的失稳破坏的模式进行探讨，用刚体极限平衡法和有限单元法对岩质边坡进行稳定性分析。

其次，对锚杆喷射混凝土加固边坡的作用机理进行初步研究，并用刚体极限平衡法计算边坡加固以后的安全系数，同时用数值分析方法，建立锚杆喷射混凝土和岩土体相互作用的有限元分析模型。

通过计算边坡稳定安全系数来分析与评价锚杆喷射混凝土对岩质边坡的加固效果。

最后，结合工程实例分析总结了两种计算方法理论上的不同之处以及计算结果存在差别的原因，并对锚喷加固效果进行了敏感性分析。

通过上述工作，本文取得以下主要成果：

（1）刚体极限平衡法在岩质边坡稳定分析中应用最广泛，并有规范与之配套：

而有限单元法则能同时考虑平衡条件、变形协调条件和本构关系，使应力应变分析具有正确的力学基础，有助于对边坡变形和破坏机理的分析和研究。

（2）研究了锚杆喷射混凝土加固岩质边坡作用机理，认为在岩质边坡工程中，锚杆起压力墙和组合梁的作用，喷射混凝土对岩体除公认的有渗入裂隙的加固作用外，喷射混凝土面层还具有粘结捆绑作用。

（3）运用刚体极限平衡斜条分法和非线性有限元法分别计算天然状态和加固以后岩质边坡稳定的安全系数，对比发驴刚体极限平衡法计算出的安全系数比有限元计算出的安全系数略小。

关键词：

岩质边坡锚杆喷射混凝土加固稳定性刚体极限平衡非线性有限元

ABSTRACT

Terreneisaverycomplexmedium，andtheslidesofrockslopeareinfluencedbythequalityofterrenestructures，groundstress，showingvarioustypesofdamagessuchas：

collapsing，sliding，dumping，buckling，etc．．Rationalanalysisonthestabilityofrockslope，andonthisbasis,to

Studythereinforcementtreatmentseemstobeveryurgent．Rock—boltingandShotcretingtechnologycombinesshotcretingtechnologywithprestressedanchor,andiswidelyappliedinthecontroloverlandslidesofslopes，especiallyrockslopes．

Throughtheoreticalanalysisandnumericalsimulations，thisessaymadestudiesonthestabilityofrockslope，andthestrengtheningeffectsofrock-boltingandshotcretinguponrockslopewereevaluatedandanalysed．First，bucklingcollapsemodelswerediscussed，andtheanalysisonthestabilityofrockslopewascarriedoutthroughrigidbodylimitequilibriummethodandfiniteelementmethod．Secondly,thisessaymadepreliminarystudiesonthemechanismofreinforcementofslopethroughrock—boltingandshotcreting，andcalculatedthesafetyfactorafterslopereinforcementusingrigidbodylimitequilibriummethod．Whileatthesametime，throughnumericalanalysis，afiniteelementdynamicanalyticalmodelwasestablishedfortheinteractionbetweenshotcreteandslope．Throughcalculatingsafetyfactorofslopestability,theanalysisandqualitativeevaluationonthereinforcementeffectofrock—boltingandshotcretingonslopesarecarriedout．Finally,thisessayanalyzedandsummedupthedifferencesbetweenthetwocalculationmethodsandexplainedthereasonwhytheresultsofthetwocalculationmethodsaredifferent．Thenthesensitivityanalysisontheeffectofthereinforcementeffectofrock-boltingandshotcretingwascarried．

Throughabove·mentionedwork，thispapermadethefollowingmainresults：

（1）Recently,rigidbodylimitequilibriummethod，supportingwiththestandard，isusedmostextensivelyintheanalysisofrockslopestability；whilefiniteelementmethodisabletoconsiderabouttheconditionsofequilibriumandharmoniousdeformation，andtherelationofstressandstrain．Thismethodisalsoabletolayaaccuratefoundationforthestress—strainanalysis，usefultoresearchthedeformationandfailuremechanismsofslope．

（2）Thispaperalsostudiedthemechanismsofstrengtheningrockslopethroughrock-boltandshotcrete，andfoundthatintherockslopeworks，rock-bolt（anchor）playedaroleofpressurewallandcompositebeam，andexceptthewellknowninfiltratingreinforcementeffecttoterrene，thesurfaceofshotcretealsofunctionsasadhesive．

（3）ByusingrigidbodylimitequilibriummethodandnonlinearFEM，thesafetyfactorsoforiginalandreinforcedrockslopestabilitywererespectivelycalculated．Throughcomparison,wefoundthatthesafetyfactorcalculatedbyrigidbodylimitequilibriummethodisabitsmallerthanthesafetyfactorcalculatedbyfiniteelementmethod．

Keywords：

rockslope，rock-boltingandshotcreting，reinforcement，stability，rigid

bodylimitequilibrium，nonlinearFEM（finiteelementmethod）

学位论文独创性声明：

本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。

与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

如不实，本人负全部责任。

论文作者（签名）：

2006年5月30日

学位论文使用授权说明

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本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。

除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。

论文全部或部分内容的公布（包括刊登）授权河海大学研

究生院办理。

论文作者（签名）：

2006年5月30日

第1章绪论

1．1引言

滑坡是一种常见和重大的地质灾害，不仅给人类的生命财产带来重大威胁，也对许多工程建设造成了严重的影响。

历史上一些规模较大的滑坡，造成的伤亡人数数以千计，如1963年意大利的瓦依昂滑坡造成了约2600人死亡；而一些特大滑坡灾害，伤亡人数可达几万甚至十几万，如1920年中国宁夏海源的滑坡灾害的伤亡人数就多达20万。

触发滑坡的因素是多种多样的，除了降雨和地震等自然因素触发滑坡，人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因。

滑坡可以发生在土质边坡，也可能发生在岩质边坡。

发生于土质边坡的形态通常比较单一，基本上以剪切破坏为主，滑裂面为圆弧形或圆弧与夹泥层的组合型。

岩质边坡发生的滑坡则受岩体结构、地应力等影响，呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。

边坡稳定性分析是判断边坡是否失稳、是否需要加固及采取何种防护措施的主要依据，因此它是边坡工程中最基本最重要的问题。

但是由于边坡地形地质条件复杂、岩土体力学性质不确定和周边环境模糊多变等因素影响，要想准确地判断边坡的稳定性实非易事。

随着地理、地质和岩石力学、土力学等一系列科学分支的形成、发展和完善，人们对滑坡灾害的认识不断深化，在研究滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、滑坡