劉立煒 王 雷 門(mén)玉明

0 引言

隨著錨固技術(shù)的發(fā)展,巖土錨固工程的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,應(yīng)用環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜,人們對(duì)錨固工程的可靠度要求亦愈來(lái)愈高。錨固理論的研究和發(fā)展始終落后于錨固技術(shù)的應(yīng)用,制約了該領(lǐng)域的發(fā)展[1]。進(jìn)一步探討錨固工程的技術(shù)和理論,對(duì)于合理進(jìn)行錨固設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。本文結(jié)合陜西省交通科技項(xiàng)目,通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn),分析了錨桿在荷載作用下的應(yīng)變分布的時(shí)間效應(yīng)。室內(nèi)模擬研究因其參數(shù)選擇,具有可控性和靈活性,加之其研究周期短,作為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的一種必要補(bǔ)充,常用于研究定性的成果,本模型實(shí)驗(yàn)雖未針對(duì)某個(gè)實(shí)際工程進(jìn)行,但其本身具有一定的形態(tài)比例,研究變形過(guò)程、破壞形態(tài)和變形機(jī)理方面仍具有實(shí)際意義[2-4]。本文著重對(duì)同列拉力型錨桿和壓力型錨桿的錨固段末端點(diǎn)和滑面點(diǎn)兩個(gè)特殊位置應(yīng)變進(jìn)行分析,研究土層錨桿應(yīng)變隨荷載和時(shí)間的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了錨桿受力變形具有“時(shí)間效應(yīng)”這一特殊現(xiàn)象。

1 試驗(yàn)介紹

試驗(yàn)中滑體和滑床均選用粉土,相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。錨桿置于模型箱中,模型箱的長(zhǎng)為1.8 m,寬和高均為1.5 m。相鄰錨桿的間距為0.3 m,錨桿采用3行、4列的矩形布置,錨桿上粘貼有應(yīng)變片。通過(guò)與應(yīng)變片相連接的應(yīng)變儀測(cè)得錨桿的應(yīng)變值?；麦w的坡面斜率為1∶0.75。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)

加載方式為:在滑體頂面采用千斤頂逐級(jí)加載,在千斤頂下放置墊塊以使壓力擴(kuò)散均勻。試驗(yàn)中采用的加載增量為0.5MPa,從零逐級(jí)加載至7MPa結(jié)束。錨桿在坡體中的布置如圖1所示。其中,左側(cè)的第一列和第二列是拉力型錨桿,右側(cè)的第三列和第四列是壓力型錨桿。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

選取土層錨桿錨固段末端點(diǎn)、滑面點(diǎn)進(jìn)行分析,以考察錨桿—坡體復(fù)合體系的應(yīng)變—時(shí)間關(guān)系。這里需要說(shuō)明的是錨固段末端點(diǎn)是指錨桿在最靠近錨固段末端的應(yīng)變片所在位置,滑面點(diǎn)為在錨固段最靠近滑面的應(yīng)變片所在位置。以下是根據(jù)同列錨桿的錨固段末端點(diǎn)和滑面點(diǎn)兩個(gè)處在滑體頂面每級(jí)荷載施加后的10min和30min時(shí)刻的應(yīng)變值繪制成的應(yīng)變分布圖。

2.1 錨固段末端點(diǎn)的應(yīng)變曲線分析

圖2,圖3是第一列拉力型錨桿在各級(jí)荷載加載后10min和30min錨桿錨固段末端點(diǎn)的應(yīng)變分布圖。圖4,圖5是第三列壓力型錨桿在各級(jí)荷載加載后10min和30min錨桿錨固段末端點(diǎn)的應(yīng)變分布圖。2.1.1 拉力型錨桿錨固段末端點(diǎn)的應(yīng)變曲線分析

加載后10min時(shí)坡頂部、中部錨桿的應(yīng)變較大,底部的應(yīng)變較小;加載30min時(shí),而坡頂部、中部錨桿的應(yīng)變略有減小,底部錨桿的應(yīng)變明顯增大。這表明邊坡頂部加載引起的局部集中應(yīng)力迫使滑體變形,錨桿受到拉力,在試驗(yàn)加載初期主要由坡頂部、中部錨桿承擔(dān),而底部錨桿還沒(méi)有太大持力。隨著時(shí)間的持續(xù),坡體內(nèi)部應(yīng)力重分布,在達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),底部錨桿承擔(dān)了更多的應(yīng)力。

2.1.2 壓力型錨桿錨固段末端點(diǎn)的應(yīng)變曲線分析

加載后10min時(shí)邊坡頂部、中部錨桿的應(yīng)變依次增大;加載30min時(shí),中部和底部錨桿的應(yīng)變量變化不大,而坡頂部錨桿的應(yīng)變明顯減小。這表明在試驗(yàn)加載初期,邊坡頂部、中部、底部錨桿持力相當(dāng)。隨著時(shí)間的持續(xù),坡體內(nèi)部應(yīng)力重分布,坡體頂部應(yīng)力部分消散,錨桿應(yīng)變減小。

2.2 滑面處應(yīng)變隨時(shí)間的變化特點(diǎn)

圖6,圖7是第一列拉力型錨桿在各級(jí)荷載加載后10min和30min錨桿坡面處的應(yīng)變分布圖,圖8,圖9是第三列壓力型錨桿在各級(jí)荷載加載后10min和30min錨桿坡面處的應(yīng)變分布圖。

2.2.1 拉力型錨桿滑面處的應(yīng)變曲線分析

加載后10min時(shí),坡頂部錨桿的應(yīng)變較大,中部和底部的應(yīng)變較小;加載30min時(shí),底部錨桿的應(yīng)變稍有增大,而頂部錨桿的應(yīng)變明顯減小,中部錨桿的應(yīng)變變化較小。這表明坡頂部加載所引起的局部集中應(yīng)力,在試驗(yàn)加載初期主要由坡頂部錨桿承擔(dān),而中部、底部的錨桿持力較小。隨著時(shí)間的持續(xù),坡體內(nèi)部應(yīng)力重分布,在達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),底部錨桿承擔(dān)了較多的滑體下滑力。

2.2.2 壓力型錨桿滑面處的應(yīng)變曲線分析

加載后10min時(shí),坡頂部、中部錨桿應(yīng)變相當(dāng),底部錨桿的應(yīng)變較大;加載30min時(shí),頂部、中部和底部錨桿的應(yīng)變均有所減小,但頂部錨桿的應(yīng)變減小較為明顯。這表明在試驗(yàn)加載初期,邊坡頂部、中部錨桿持力相當(dāng),底部錨桿持力較大。隨著時(shí)間的持續(xù),坡體內(nèi)部應(yīng)力重分布,坡體頂部應(yīng)力消散,頂部錨桿應(yīng)變減小。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)土層中拉力型錨桿和壓力型錨桿加載后10min和加載后30min的錨固段末端、滑面處應(yīng)變分析,可以得出如下結(jié)論:

1)無(wú)論拉力型錨桿還是壓力型土層錨桿,在某級(jí)荷載加載后10min,頂部及底部錨桿(末端點(diǎn)、滑面點(diǎn))的應(yīng)變較大;而加載后30min,頂部錨桿的應(yīng)變明顯減小,中部、坡腳錨桿的應(yīng)變變化不大。

2)土層錨桿各點(diǎn)變形的相對(duì)變化,說(shuō)明荷載在錨桿—坡體復(fù)合體系中的傳遞是有一個(gè)過(guò)程的,而且這種過(guò)程需要一定的時(shí)間來(lái)完成,即土層錨桿變形具有“時(shí)間效應(yīng)”。

3)錨桿的這種“時(shí)間效應(yīng)”不僅表現(xiàn)在錨桿的應(yīng)變隨時(shí)間的變化上,也表現(xiàn)在隨加載荷載的大小的變化上。在開(kāi)始加載時(shí)(荷載較小),同列的頂部、中部、底部錨桿的應(yīng)變并沒(méi)有明顯的差異,而加載至2.5MPa后,錨桿的應(yīng)變差異才明顯。也就是說(shuō),土層錨桿的“時(shí)間效應(yīng)”實(shí)際是應(yīng)力重分布的過(guò)程。

4)從土層錨桿的“時(shí)間效應(yīng)”看,拉力型錨桿比壓力型錨桿表現(xiàn)的更明顯。

5)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于路基邊坡以及其他坡頂受荷載的邊坡治理工程具有很好的指導(dǎo)意義。在錨固工程的設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分考慮土層錨桿的“時(shí)間效應(yīng)”。

[1]程良奎.中國(guó)巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.巖土錨固工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[M].北京:萬(wàn)國(guó)學(xué)術(shù)出版社,1996:1-5.

[2]劉立煒.土層錨桿模型試驗(yàn)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2007.

[3]孔憲賓,佘躍心.土—錨桿界面模型的改進(jìn)和應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐,1999,21(3):201-202.

[4]孔憲賓,佘躍心.土—錨桿相互作用機(jī)理的研究[J].工程力學(xué),2000,17(3):187-189.