锚杆加固岩质边坡的智能分析.pdfVIP

第24卷第4期 湖 北 工 业 大 学 学报 2009年08月 VoI．24No．4 JournalofHubei of UniversityTechnology Aug．2009 [文章编号]1003—4684(2009)04—0001—04 锚杆加固岩质边坡的智能分析 胡其志，庄心善，宋桂红 (湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068) [摘要]通过对膨胀岩膨胀机理的分析，采用锚杆加固膨胀岩边坡，利用改进的遗传算法对考虑吸水鼍的膨 胀岩本构模型进行参数智能识别，并运用有限元方法，选用Desai薄层单元模拟膨胀岩节理，对加锚膨胀岩边 坡进行了数值模拟．结果表明：考虑吸水量的本构模型能更好反应膨胀岩工程特性；改进的遗传算法有效地解 决了模型参数的不确定性，使得数值计算的结果更加口J靠． [关键词]锚杆；膨胀岩边坡；遗传算法；参数识别 [中图分类号]TU457 [文献标识码]：A 在铁路、交通、水利水电、矿山等基本建设领域， 胀岩边坡的设计方法不尽合理更是造成这些事故的 均存在大量的高陡岩质边坡，岩质顺层边坡作为其 直接原因． 中一类分布相当广泛的边坡，其稳定性问题相当严 笔者从膨胀岩的机理出发，讨论锚杆加固膨胀 重，一般而言，顺层坡、逆向坡和切层坡中，顺层坡最 岩边坡的应力～应变特性，采用考虑吸水量的膨胀 易变形，稳定性也最差[1]．因此，从结构控制稳定性 岩模型，利用改进的遗传算法对模型参数进行辨识， 的观点出发，应该考虑层间结构面在边坡中的产状、 并运用有限元方法进行对比分析． 位置及其变化．这是边坡分类、稳定性评价、破坏机 制分析以及模拟实验等必须贯彻始终的原则．膨胀 1 膨胀岩边坡的工程特性 岩是指与水发生物理化学反应，引起岩石含水量随 时间而增高且体积发生膨胀的一类岩石，属于易风 1．1膨胀岩的膨胀机理和影响因素 化和软化的软弱岩石，其内部存在的节理面以及膨 工程中所遇到的膨胀岩有两种：一种是化学转 胀岩具有显著的膨胀性能，使得当边坡开挖时扰动、 化膨胀岩石，如硬石膏(CaS04)，无水芒硝 雨水等引起岩体的湿度变化时，膨胀岩的性状常发 生巨大的变化，产生体积膨胀，极大地影响到其中构 吸水变相和结晶而引起体积的增大，一般认为这种 筑物和边坡的稳定性． 膨胀是不可逆的，这类岩石是在干旱半干旱气候条 膨胀岩的分布极其广泛，迄今为止已发现存在 件下、在封闭半封闭的蒸发盆地中所形成的含石膏 膨胀岩的国家多达40余个，我国是膨胀岩分布最广 和芒硝的沉积物，经过成岩脱水作用而形成的心J．目 的国家之一．由于膨胀岩的显著膨胀特性，使得这些 前，关于石膏的膨胀机理认识尚不很清楚，理论上很 地区的各类工程建设经常遭受破坏．如沈北矿区主 难解释产生这些现象的原因．另一种膨胀岩是含有 要巷道位于膨胀性软弱围岩中，建矿初期采用直墙 强亲水粘土矿物的粘土类岩．强亲水矿物主要有蒙 半圆或圆弧混凝土镟，砌筑了3～5个月后几乎伞部 脱石、高岭石和伊利石等，这几类矿物由于其晶体结 破坏；另据襄渝线施工决算统计，由于膨胀岩在施工 构特殊，能将水分子吸附在晶层表面和晶层内．这类 期间造成的破坏，竞使路基每公里造价增加了91．64矿物失水后会收缩，膨胀是可逆的．包含这类矿物的 万元，实际投资约为实际造价的3倍，等等．造成这 岩石有：泥岩、片岩、页岩、粘土岩、凝灰岩、珍岩、蛇 些灾害的主要原因不仅是因为人们事先不知他们的 纹岩等等．本文仅对这一类膨胀岩进行讨论． ‘ 分布，而且对膨胀岩的力学机制的认识不足和对膨