探讨水利水电岩质边坡加固技术.docVIP

探讨水利水电岩质边坡加固技术 　　摘要：用预应力锚固技术加固不稳定岩质边坡是近代岩土工程领域的一个重要分支，已得到了广泛的应用，并取得了巨大的成功。在岩土中使用锚固技术可以充分发挥岩土自身的能量，积极调用岩土体自身强度和自稳能力、提高施工过程的安全性和时效性、有效控制岩土体及工程结构的变形以及显著降低工程造价等诸多优点。本文在分析锚固系统失效模式的基础上，应用优化与决策分析的理论，提出了确定岩锚设计参数的优化方法，并分别对锚固间距、锚固角、锚索荷载及内锚段长度进行了优化分析。 　　关键词：岩质边坡；预应力锚索；加固技术；设计参数； 　　中图分类号：S611 文献标识码： A 　　 　　 　　1、前言 　　在水利水电、交通、煤炭、冶金等领域已大量采用预应力锚固技术，如长江三峡、黄河小浪底及漫湾水电站等一大批水利水电工程中，普遍采用了高强预应力锚索加固技术，然而边坡工程不及时加固或加固设计失误而造成边坡失稳的重大事故也时有报道。因此，作为岩土体改良重要手段的锚固理论与设计方法有待深入研究。 　　2、决策分析与锚固系统失效模式 　　2．1 简单风险决策分析的概念 　　简单风险决策，通常采用决策变量确定一个目标函数%#，目标函数常以货币量来表示总受益或总费用。最优设计就是用决策变量的值确定受益多少，从中选择受益最大或损失最小的决策变量，其数学模型为：设决策变量集为X1,X2,……Xn;F(X1，X2，……Xn) 　　为目标函数，使式（1）成立的变量集即为最优变量集： 　　 (1) 　　在岩锚设计参数中，决策变量通常包括锚固荷载、锚固角、内锚固段长度、锚固间距及锚固体安全储备(包括施工条件、环境因素等难以定量描述的因素对锚固系统失效的影响)，在确定决策变量时，还应该针对决策变量的重要程度给予每个变量一定的权重，以更好地反映变量在优化中的显著水平。但由于施工条件与环境因素很难以连续型变量的形式建立与锚固系统失效概率之间的关系，本文将施工条件与环境因素作为确定锚固安全储备的因素来考虑。 　　2.2决策模型 　　不失一般性，决策分析通常需要包括以下几部分的内容：可行方案的确定，与每一方案有关的各种可能结果，与每一方案及其结果相结合的有关后果的评价，决策准则的确定，所有方案的系统评价。本文运用决策树的方法建立决策准则，所谓决策树是指将所有决策分析中有关部分组合成一种系统的方式，应用决策树分析方法，有利于优化方案的分析与评价，采用设计的概率模型来估计后果的可能性，而每一后果的满意程度通过功利模型来衡量，一般问题的决策树如图1所示。图中为设计所选用的方案，为方案的可能结果，u（）表示相应于方案及结果的功利值。 　　 　　图1 一般性决策树 　　在决策分析中，通常采用最大期望经济受益的准则即：设dij表示与第i方案有关的第j个后果的经济价值，Pij为相应的概率，则方案i的期望经济价值为 　　(2) 　　其最大期望经济价值为 　　(3) 　　2.3锚固系统可能的失效模式 　　根据岩锚成功与失败的典型实例，利用故障树分析方法，可以得到岩锚支护系统最可能的失效模式有以下几种： 　　（1）锚索内锚固段沿孔壁拔出（A） 锚索的锚固力主要依赖于内锚固段注浆体与孔壁之间的粘结力（握裹力）。通常因内锚固段长度不够或锚孔孔径偏小、预应力值过大等因素引起内锚固段沿孔壁拔出。 　　当然，施工质量低劣也是造成此失效模式的一个因素。 　　（2）钢绞线从注浆体中拔出（B） 注浆体的强度决定索体的握裹力，在注浆体达不到设计要求、施工时残存蜂窝结构及内锚固段长度不够等因素作用下，钢绞线有可能从注浆体中拔出。 　　（3）群锚失效（C） 一般而言，群锚加固岩质边坡，锚索布置的量越多、锚索间距越小、锚固效果越好。但是，在不同的岩体类型中，由于锚索内锚固段外端周围岩体拉应力的作用，锚索间距太小会引起相邻锚索的相互作用而导致内锚段形成整体拉裂面，从而使锚索整体失效。另外，锚索设计荷载偏小也可能导致锚索整体失效。 　　（4）钢绞线断裂（D） 造成钢绞线断裂的因素主要有钢绞线存在缺陷，钢绞线之间在张拉过程中受力不均以及设计荷载过大等原因。 　　3、岩锚支护参数的最优决策设计方法 　　3.1单束锚索预应力设计值得决策分析 　　不同荷载单束锚索的失效概率，根据国内外锚索加固资料的统计分析结果见表1。由表1可得：P(3000KN)=0.12;P(1000KN)=0.05。单束锚索的预应力值的具体优化过程如下：设某一边坡，单宽所需锚固力为M(KN),L为锚索所需的长度，由最大期望经济价值准则，便可确定哪一种预应力值。 　　由锚索失效造成的经济损失可由以下各式计算：1000KN,3000KN级 　　（4） 　　3000KN级 　　 （