预应力锚索结构概述.docx

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【摘要】岩土锚固技术能充分利用岩土体自身的强度和自承能力保持稳定，在减轻结构自重，节约工程材料的同时，确保了施工安全、缩短工期、降低造价。所以锚固技术可在岩土工程中取得的显著经济效益使其在岩土工程的各个领域得到了非常广泛的应用，边坡预应力锚索结构就是一种常见而有效的应用。预应力锚索对边坡的固结作用强、工序简单、施工进度快、施工效率高、质量易控制。本文在介绍边坡预应力锚索结构作用机理、破坏机理、破坏类型、设计优化的基础上，分析了影响预应力锚索结构锚固效果的主要因素，并对预应力锚索在岩土边坡工程治理中的应用进行了探讨。

1、边坡破坏机理及破坏类型
1.1岩质边破坏机理坡及破坏类型
岩质边坡变形与破坏的首要条件，在于坡体重存在各种形式的结构面，岩体的结构特征对边坡应力场的影响主要表现为由于岩土体的不均和不连续性，使沿结构面周边出现应力集中或应力阻滞现象。因此，它构成了岩质边坡变形与破坏的控制性条件。岩质边坡破坏形式十分复杂，往往是几种简单的破坏形式交织在一起。从不同的角度进行研究，有不同的分类标准和破坏类型。如根据实际经验，可分为圆弧破坏、块状破坏、整体岩石与非连续节理破坏、平面破坏、楔形体破坏和倾倒式破坏；根据边坡破坏规模，可以分为单台阶局部边坡破坏、几个台阶大规模楔形体破坏、多台阶风化破碎岩体的破坏；根据块体的几何形状，可分为弯曲倾倒、块状倾倒和块状弯曲倾倒；根据优势面组合破坏形式，可分为岩体松动破坏、倾倒变性破坏、崩塌、楔形体破坏、平面滑动和圆弧形滑动；根据地质基础、变性破坏方式，可分为楔形体滑移破坏、圆弧形破坏、顺层面滑动破坏、溃曲破坏。
1.2土质边坡破坏机理及破坏类型
边坡的失稳破坏主要由于边坡内所受的应力超过岩土体或结构面强度，从而导致边坡结构破坏。边坡的成坡过程，首先会引起开挖处岩土体的卸荷回弹和集中应力，另一方面开挖相当降低坡体阻滑段，并可能使坡体的薄弱面（如结构面、蠕动面）出露，降低边坡的稳定性。所以边坡变形表现为卸荷回弹和蠕变两种方式。土质边坡的失稳破坏形式也是十分复杂，有大量的过渡类型和混合类型，所以分类要依据避重就轻，先大后小，抓住主要的破坏模式的原则，做到先宏观判断，局部分析，才能较合理判断土质边坡的失稳破坏模式。土质边坡根据破坏规模大小分为整理失稳和破坏面破坏两大类。其中整体失稳根据形成形式划分为崩塌、滑坡、坍塌；坡面破坏包括坡面侵蚀、剥落。
1.3土质边坡与岩质边坡破坏机理的区别
土质边坡和岩质边坡的破坏机理有所不同，土质边坡更加强调材料的强度参数对边坡稳定性的影响，而岩质边坡结构面因素是导致大多数边坡失稳破坏的原因。土质边坡的破坏主要受边坡土体强度及边坡形态因素控制，对于特殊土类边坡，边坡内存在风化及结构裂隙，也严重影响土质边坡的稳定性。

2、预应力锚索加固边坡的力学机理
与其他非预应力加固机理不同，预应力锚索加固边坡的机理是主动加固措施。锚固体与边坡岩土体间相互作用时，预应力锚索加固结构能主动提高边坡岩土体的强度，利用边坡的自稳能力达到加固的目的，从而有效控制边坡薄弱层的滑移。同时锚固材料置换或挤密岩土体时能提高边坡强度，其周围高压注浆液渗入裂隙形成的网状胶结结构也能提高岩土体强度，巨大的预应力在一定程度上改善边坡岩土体物理力学性质，边坡的自稳能力得到发挥。
锚索经张拉锁定后对边坡岩土体施加巨大的锚固预应力提高了岩土体的物理力学性能，此阶段是边坡岩土体受力耦合阶段。当预应力受地表水、地下水等因素影响而受到损失时，边坡岩土体具有向坡外方向位移的趋势或已产生微小位移，锚索受力就进入解耦阶段。

3、预应力锚索锚固力变化特征
预应力锚索加固工程中，预应力锚索锁定后锚固力变化主要有三个阶段：
第一阶段：锚索锁定初期，锚固力下降速度较快，此阶段的锚固力损失，主要由于锚固影响范围内表层岩土体压缩和锚索外锚段灌浆（锚索受水泥水化热的影响，锚索应力重新调整）而引起。
第二阶段：锚索锁定后一段时间，锚固力波动调整，其原因主要为岩土体及锚索内部应力调整，产生压缩、回弹的反复过程导致。
第三阶段：锚索锁定后期，主要是岩土体自身变形及受温度影响产生变形。

4、预应力锚索的设计与优化

（1）
采用刚体极限平衡法对边坡进行稳定分析。图l为采用预应力锚索加固边坡的计算简图。设条块所受垂直荷载为Wi，水平荷载为Qi，剪切面上孔隙水压力的合力为Ui，第j排锚索的设计锚固力为Tj。根据整个滑体上抗滑力和滑动力对矩心O点的力矩，可得到边坡抗滑稳定安全系数为
K=Rcili+Nitanφi+RTjsinβjtanφjRWisinαi+RQiZi-RTjcosβj=
Rcili+(Wicosαi-Qisinαi-Ui)tanφi+RTjsinβjtanφjRWisinαi+RQi