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        強(qiáng)降雨條件下碎裂巖質(zhì)邊坡錨墩式主動(dòng)網(wǎng)加固機(jī)理模型試驗(yàn)*

        2021-06-10 09:47:54趙曉彥羅天成
        工程地質(zhì)學(xué)報(bào) 2021年2期

        趙曉彥 肖 典 羅 改 羅天成 吳 兵

        (①西南交通大學(xué)地質(zhì)工程系, 成都 611756, 中國)

        (②四川省地質(zhì)調(diào)查院稀有稀土戰(zhàn)略資源評(píng)價(jià)與利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610081, 中國)

        (③四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 成都 610017, 中國)

        0 引 言

        主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)是一種利用短錨桿將高強(qiáng)度柔性鋼絲繩網(wǎng)沿坡面固定,以限制淺層巖土體風(fēng)化位移或防止坡面崩塌落石的地質(zhì)災(zāi)害防治措施。自20世紀(jì)90年代引入中國以來,因其施工便捷、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于山區(qū)線路邊坡、水庫岸坡、隧道巖爆防護(hù)等領(lǐng)域(白興平等, 2006; 賀詠梅等, 2006; 唐杰靈等, 2019; 陳波等, 2020)。按照國際慣例(Blanco-Fernandez et al.,2013)和中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(TB/T3089-2004)(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組,2004),主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)中用于固定網(wǎng)片并承載的錨桿一般長2~3 m,柔性網(wǎng)片邊長(即錨間距)一般4 m左右。國內(nèi)外學(xué)者采用現(xiàn)場監(jiān)測、力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段對主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)的受力機(jī)理及邊坡加固效果開展了大量研究(楊濤等, 2006; Castro-Fresno et al.,2008; 汪敏等, 2011; 宋碧宏等, 2012)。主動(dòng)網(wǎng)的工作機(jī)理在于通過短錨桿的張拉,柔性網(wǎng)給坡面危巖提供抗滑力的同時(shí)加大其與坡面的摩擦力(李文秀等, 2006; 羅陽明等, 2006)。由于短錨桿承載力較小,宜采用小間距設(shè)計(jì)以減小單片主動(dòng)網(wǎng)受力,特別當(dāng)錨間距小于2.7 m時(shí),主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)能更好地發(fā)揮服役性能(Xu et al.,2019)。

        西部山區(qū)因新構(gòu)造作用發(fā)育,山體強(qiáng)烈隆升遭受剝蝕,常形成深厚碎裂巖質(zhì)邊坡。在青藏高原寒凍區(qū),頻繁的凍融作用亦加劇了巖體破碎過程(姚青等, 2020),川藏鐵路等一批國家重大基礎(chǔ)建設(shè)中常面臨深厚碎裂巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)問題。此外,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的環(huán)境問題日益突出,尤以酸雨為代表。酸雨能顯著增強(qiáng)邊坡巖石的風(fēng)化(Ghobadi et al.,2011; 黃明等, 2015; 李昆鵬等, 2020; 趙曉彥等, 2020),通過溶蝕礦物和擴(kuò)展微裂隙,從而形成深厚風(fēng)化層。上述碎裂坡體在廣泛發(fā)育坡面破壞的同時(shí),易沿其中的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生深層失穩(wěn)。傳統(tǒng)的主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)中由于錨桿較短(多為2~3 m),僅能防治淺層坡面破壞,難以達(dá)到深層加固的功能,故在山區(qū)和酸雨區(qū)深厚碎裂巖質(zhì)邊坡加固中常見失效。如位于雅安境內(nèi)的四川省S211省道某塹坡,為典型的酸雨區(qū)深厚碎裂巖質(zhì)邊坡,采用主動(dòng)網(wǎng)進(jìn)行邊坡防護(hù),于2015年發(fā)生沿優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的楔形滑動(dòng)并中斷交通(趙曉彥等, 2019),四川省道S216也出現(xiàn)多處主動(dòng)網(wǎng)錨桿拔出的現(xiàn)象(圖1)。

        圖1 深厚碎裂巖質(zhì)邊坡傳統(tǒng)主動(dòng)網(wǎng)加固失敗案例

        川藏鐵路自東向西依次穿越酸雨區(qū)、寒凍區(qū),地形復(fù)雜,地質(zhì)構(gòu)造活躍,沿線分布有大量深厚碎裂巖質(zhì)邊坡,其成因復(fù)雜,漂石廣布,貿(mào)然刷坡整治存在較大工程風(fēng)險(xiǎn)。本文提出一種新型加固措施——錨墩式主動(dòng)網(wǎng)組合結(jié)構(gòu),以預(yù)應(yīng)力錨索代替主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)中的短錨桿,充分發(fā)揮柔性網(wǎng)淺層巖土體防護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨索深層巖土體加固的組合優(yōu)勢,用于艱險(xiǎn)復(fù)雜山區(qū)深厚碎裂巖質(zhì)邊坡防護(hù)加固。相較于錨桿,錨索屬主動(dòng)錨固措施,通過施加預(yù)應(yīng)力將潛在滑體所需的支護(hù)抗力作用于穩(wěn)定巖層,能有效減小碎裂巖質(zhì)邊坡位移,很好地解決主動(dòng)網(wǎng)中短錨桿錨固能力不足而導(dǎo)致的邊坡整體失穩(wěn)問題(程良奎等, 2015; 李劍等, 2020; 王壯等, 2020; 張玉芳等, 2020)。但錨索與主動(dòng)網(wǎng)間的協(xié)調(diào)受力機(jī)理尚不明確,受力分配方法尚有待研究,不能良好指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。本文開展1︰10的大比例尺室內(nèi)模型試驗(yàn),通過監(jiān)測錨索軸力、邊坡坡面位移等,研究錨墩式主動(dòng)網(wǎng)的加固效果,探索降雨條件下錨墩式主動(dòng)網(wǎng)的受力機(jī)理及邊坡變形破壞特征,為川藏鐵路碎裂巖質(zhì)邊坡加固工程提供參考。

        1 錨墩式主動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        對于深厚碎裂巖質(zhì)邊坡,工程實(shí)踐多單獨(dú)采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)。少數(shù)同時(shí)采用預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡加固中,也是將主動(dòng)網(wǎng)在錨墩處切割,兩者實(shí)際上呈分離式(圖2a),這種方式破壞了主動(dòng)網(wǎng)原有結(jié)構(gòu),造成主動(dòng)網(wǎng)力學(xué)性能降低,且對網(wǎng)材的防腐不利; 同時(shí)危巖施加至網(wǎng)片的荷載仍由短錨桿承擔(dān),預(yù)應(yīng)力錨索無法與之協(xié)同受力(圖2b); 另外,這種分離式的結(jié)構(gòu)加固后的坡面不美觀(圖2a),難以被現(xiàn)代化的交通道路和市政工程接受。

        圖2 分離式主動(dòng)網(wǎng)與預(yù)應(yīng)力錨索

        錨墩式主動(dòng)網(wǎng)在柔性網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處設(shè)置錨墩和預(yù)應(yīng)力錨索,用于替代傳統(tǒng)主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)中的短錨桿。在柔性網(wǎng)與預(yù)應(yīng)力錨索錨墩結(jié)合部設(shè)置雙層尼龍墊片,防止墊墩混凝土對柔性網(wǎng)的摩擦和切割。同時(shí),錨索穿過軟弱結(jié)構(gòu)面錨固于基巖內(nèi),通過施加預(yù)應(yīng)力提高邊坡整體穩(wěn)定性(圖3)。該結(jié)構(gòu)將預(yù)應(yīng)力錨索與主動(dòng)網(wǎng)連接為一個(gè)整體,主動(dòng)網(wǎng)的受力將對預(yù)應(yīng)力錨索形成二次張拉,在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮該因素,綜合確定錨索的設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力; 另一方面,主動(dòng)網(wǎng)加強(qiáng)了坡面巖土體的整體性,錨索的間距設(shè)計(jì)也應(yīng)體現(xiàn)這一因素。

        圖3 錨墩式主動(dòng)網(wǎng)立面示意圖

        2 模型制作及試驗(yàn)方案

        2.1 模型設(shè)計(jì)

        為研究深厚碎裂巖質(zhì)邊坡錨墩式主動(dòng)網(wǎng)中預(yù)應(yīng)力錨索與柔性網(wǎng)間的協(xié)同受力機(jī)理和聯(lián)合加固效果,在長×寬×高為3.3 m×1.2 m×2.4 m的模型箱內(nèi)設(shè)計(jì)模型邊坡(圖4)。模型共分3部分,基巖和碎裂巖塊分別采用碎石混凝土填制和燒結(jié)碎磚堆砌,以模擬巖質(zhì)邊坡完整基巖部分和深厚碎裂巖塊部分。為了能在試驗(yàn)中完成邊坡整體失穩(wěn),在碎石混凝土基礎(chǔ)和燒結(jié)碎磚的結(jié)合帶均勻鋪設(shè)3 cm厚的黏土層,試驗(yàn)中通過降水裝置模擬降雨軟化該黏土層,使燒結(jié)碎磚模擬坡體沿該結(jié)構(gòu)面下滑。該降水裝置為一套可控流量的霧狀噴淋系統(tǒng)做降水裝置,由永磁鐵固定在碎磚堆砌坡體模型頂部,長70 cm、寬120 cm,前端投影與坡腳線齊平。

        圖4 模型尺寸示意圖

        圖5 測試元件布置方案

        2.2 模型填料

        模擬基巖的碎石混凝土在模型試驗(yàn)中為固定基底,受力變化小,其力學(xué)性質(zhì)不影響碎裂坡體失穩(wěn)特征。按質(zhì)量比,水:水泥:砂:碎石=1︰3︰3︰10配置可滿足強(qiáng)度要求。將黏土加水?dāng)嚢璩署こ頎睿鶆虻劁佋O(shè)在混凝土基底表面,形成3 cm厚的黏土層。燒結(jié)碎磚為不規(guī)則狀,尺寸6~12 cm。碎磚表面以前述黏土黏結(jié),以維持鋪設(shè)過程中的臨時(shí)穩(wěn)定,并有利于模擬坡頂淋水時(shí)的坡面淺層局部失穩(wěn)。實(shí)際上,酸雨區(qū)和寒凍區(qū)的碎裂巖質(zhì)邊坡,淺表層結(jié)構(gòu)面會(huì)因風(fēng)化而充填泥質(zhì)或易溶鹽類膠結(jié)物,在降水作用下極易發(fā)生溶解和沖蝕,從而導(dǎo)致邊坡表面局部失穩(wěn)。黏土和燒結(jié)磚的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

        表1 填料物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

        2.3 加固結(jié)構(gòu)

        試驗(yàn)中預(yù)應(yīng)力錨索和柔性網(wǎng)分別采用定制6061系鋁管和雙層鍍鋅鐵絲網(wǎng)模擬。6061系鋁管尺寸Φ10 mm×2 mm,長1.2 m,首尾兩端各取0.1 m長度加工標(biāo)準(zhǔn)螺紋。鋁管預(yù)埋和模型填制同步進(jìn)行,埋入深度為1.1 m,用水泥:砂=1︰2的水泥砂漿進(jìn)行錨固,其抗拉強(qiáng)度為120 MPa。為提升鋁管錨固力,防止被拔出,采用尾部螺紋擰螺母和管壁扎絲方式增大摩擦力(圖6a)。首端(坡面處)螺紋用于固定輪輻式壓力傳感器,試驗(yàn)前擰動(dòng)螺母擠壓傳感器,產(chǎn)生對邊坡的壓力,從而起到錨固邊坡的作用。而傳感器受壓會(huì)對螺母產(chǎn)生反作用力,通過螺紋結(jié)構(gòu)傳遞而使鋁管錨固段受拉,產(chǎn)生拉張預(yù)應(yīng)力。本試驗(yàn)將壓力傳感器初始讀數(shù)設(shè)置為300N。

        鍍鋅鐵絲網(wǎng)內(nèi)、外層規(guī)格分別為直徑0.5 mm和0.9 mm,孔徑7 mm和25.4 mm,分別模擬實(shí)際柔性網(wǎng)防護(hù)邊坡中用于阻止碎石崩離的格柵網(wǎng)和防治大塊落石的鋼絲繩網(wǎng)。鐵絲網(wǎng)與輪輻式壓力傳感器接觸面增設(shè)雙層尼龍墊片和紅鋼紙作墊層,防止鐵絲網(wǎng)受荷變形時(shí)與壓力傳感器產(chǎn)生切割(圖6b)。整個(gè)邊坡模型施工完成后的照片如圖6c~圖6d所示。

        圖6 坡體加固結(jié)構(gòu)及邊坡模型照片

        2.4 試驗(yàn)方案

        川藏鐵路所經(jīng)的青藏高原氣候多變,夏季降水以短歷時(shí)大-暴雨為主要特征(計(jì)曉龍等, 2017)。同時(shí),位于川藏鐵路雅林段起點(diǎn)的雅安市素有“雨城”之稱,年均降水量約1600 mm,其中長歷時(shí)雨量占總降水量80%以上(周長艷等, 2015)。故本文設(shè)計(jì)兩降雨試驗(yàn)階段,分別模擬短時(shí)強(qiáng)降雨造成的坡體淺表層失穩(wěn)和長歷時(shí)降雨造成的碎裂巖質(zhì)邊坡整體失穩(wěn)。在實(shí)際邊坡失穩(wěn)案例中,短時(shí)強(qiáng)降雨沖刷碎裂巖質(zhì)邊坡坡面造成局部失穩(wěn),坡體軟弱結(jié)構(gòu)面并未因降雨軟化而貫通,故本文在短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段,采用20 cm×120 cm亞克力板覆蓋結(jié)構(gòu)面,防止降水入滲而誘發(fā)邊坡整體失穩(wěn)。長歷時(shí)降雨階段,持續(xù)的降雨將入滲軟弱結(jié)構(gòu)面,最終導(dǎo)致邊坡深部失穩(wěn),本階段試驗(yàn)移除亞克力板以暴露軟弱結(jié)構(gòu)面,降水直接入滲軟弱結(jié)構(gòu)面,降低其力學(xué)參數(shù)而使邊坡整體失穩(wěn)。

        本文模擬暴雨工況,降雨強(qiáng)度Qp取中等強(qiáng)度短時(shí)強(qiáng)降水的中間值40 mm·h-1(DB62/T 2755-2017)(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組,2017),模擬降水裝置的流量q與雨強(qiáng)間的相似關(guān)系如式(1)和式(2)。

        qt=QmSt

        (1)

        Qp=QmCQ

        (2)

        式中:t為時(shí)間;S為降雨面積;Qm為邊坡模型降雨強(qiáng)度。在短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段,由于堆砌體后緣有10 cm碎磚被亞克力板覆蓋,故S=120 cm×60 cm。依據(jù)式(1)~式(2)可得噴淋系統(tǒng)水流量q為0.15L·min-1; 長歷時(shí)降雨試驗(yàn)階段,流量q保持不變。

        試驗(yàn)中,沿碎磚坡面繪制8×8個(gè)正方形網(wǎng)格以利于觀察錨墩式主動(dòng)網(wǎng)加固區(qū)與無加固措施對照組的變形及破壞特征,單一網(wǎng)格長15 cm(圖6d)。先實(shí)施短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn),至對照組坡面淺層失穩(wěn)完成且錨固邊坡鋁管的軸力趨于穩(wěn)定15 min后,移除亞克力板并實(shí)施長歷時(shí)降雨試驗(yàn),至對照組邊坡沿結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)且錨固鋁管的軸力趨于穩(wěn)定15 min后結(jié)束試驗(yàn)。

        3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        3.1 短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)錨索軸力分析

        錨索軸力通過6組輪輻式壓力傳感器測量,短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)中各錨索軸力變化曲線如圖7。由于存在應(yīng)力釋放,在正式開展試驗(yàn)前,壓力傳感器的初始讀數(shù)在222~269N之間,相較于300N存在不同程度的下降。

        圖7 短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)錨索軸力隨模擬降雨時(shí)間變化曲線

        開啟降水裝置后的最初20 min,加固區(qū)6個(gè)壓力傳感器的壓力值,即6根錨索的軸力,均呈下降趨勢。其中坡面上部的1號(hào)、2號(hào)錨索的軸力下降最為明顯,在20 min內(nèi)分別下降了38.7%和20.5%; 其余錨索軸力平緩下降,降幅介于1.1%~6.8%之間。造成這一現(xiàn)象的原因是雨水對邊坡的弱化,對于靠近坡頂?shù)?號(hào)、2號(hào)錨索,受短時(shí)強(qiáng)降雨的沖刷作用,碎磚之間的黏土流失嚴(yán)重,坡體內(nèi)部出現(xiàn)較多空隙,導(dǎo)致壓力傳感器發(fā)生向坡內(nèi)的明顯位移,錨索軸力從而大幅下降。而對于坡面中下部的3~6號(hào)錨索,滲透的雨水對黏土以軟化作用為主,壓力傳感器向坡內(nèi)的位移較小且發(fā)展緩慢,故傳感器讀數(shù)平緩下降。

        試驗(yàn)20~25 min,加固區(qū)6個(gè)壓力傳感器數(shù)值變化趨勢均發(fā)生明顯改變(圖8)。1、2、5號(hào)、6號(hào)錨索軸力由整體緩慢下降突變?yōu)轱@著下降,平均軸力由214N降至190N,下降11.2%,降幅較上一個(gè)5分時(shí)間段(15~20 min)擴(kuò)大9.4%。其中5號(hào)、6號(hào)錨索軸力降幅相對較小,為3.8%~4.3%,表明雨水沿碎磚縫隙逐漸滲流至坡體下部。而1號(hào)、2號(hào)錨索軸力降幅高達(dá)21.2%,則是由于坡頂部分碎磚在主動(dòng)網(wǎng)內(nèi)下墜至坡面中部,相應(yīng)壓力傳感器向坡內(nèi)壓緊所致。這一結(jié)論還可由3號(hào)、4號(hào)壓力傳感器的數(shù)值變化特征所印證。自20~25 min起,坡面中部的3號(hào)、4號(hào)錨索因頂部碎磚溜坍至此,提供額外的壓應(yīng)力使其軸力由平緩下降轉(zhuǎn)為上升。其中4號(hào)錨索受右側(cè)對照組碎磚下滑影響,軸力增幅達(dá)30%,顯著高于模型箱左側(cè)3號(hào)錨索21%的軸力增幅。

        圖8 短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)20±5分鐘錨索軸力變化情況

        3.2 長歷時(shí)降雨試驗(yàn)錨索軸力分析

        短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)結(jié)束后,移除軟弱結(jié)構(gòu)面上覆亞克力板,試驗(yàn)第60~80 min,加固區(qū)坡體中上部的1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)錨索軸力保持基本穩(wěn)定,中下部的3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)錨索軸力緩慢增加(圖9)。分析原因?yàn)槭苌隙赶戮彽能浫踅Y(jié)構(gòu)面形態(tài)影響,雨水沿黏土層表面下滲軟化黏土并增加其容重,坡體底部有蠕變趨勢(孫立娟等, 2018)。

        圖9 長歷時(shí)降雨試驗(yàn)錨索軸力隨模擬降雨時(shí)間變化曲線

        約85 min時(shí),加固區(qū)靠箱壁一側(cè)的1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)錨索(圖5)軸力緩慢上升。無錨固措施對照組發(fā)生整體破壞,碎磚沿黏土軟弱結(jié)構(gòu)面整體下滑。錨固區(qū)右側(cè)邊緣碎磚受牽引向右松動(dòng),致使2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)錨索內(nèi)移,軸力減小,表現(xiàn)為2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)壓力傳感器的數(shù)值大幅回落。此外,上述錨索軸力的下降幅度并不相同,呈現(xiàn)出軸力越大、降幅越小的特點(diǎn),究其原因是更大的軸力有利于碎磚錨固,使其不易受牽引而松動(dòng),因此軸力下降幅度相對較小。

        90~95 min起,對照組失穩(wěn)后坡體趨于穩(wěn)定,加固區(qū)坡體無明顯變形,所有壓力傳感器數(shù)值逐漸增大。至110 min左右,全體錨索軸力緩慢增長直至收斂,邊坡模型達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),可見錨墩式主動(dòng)網(wǎng)能有效保證碎裂巖質(zhì)邊坡在長歷時(shí)降雨條件下的深層整體穩(wěn)定。

        錨墩式主動(dòng)網(wǎng)的錨索軸力分列增幅具有顯著差異。受無錨固措施對照組整體失穩(wěn)下滑牽引影響,加固區(qū)右列2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)錨索軸力較初態(tài)分別增加- 48N、85N、28N,均低于靠近模型箱壁的左列1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)錨索軸力增量43N、105N、43N。此外值得注意的是,在整個(gè)降雨試驗(yàn)中,邊坡模型坡面中部錨索軸力增幅最大(圖7、圖9)。在短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段,中部3號(hào)、4號(hào)錨索承擔(dān)的下滑力峰值增量可達(dá)試驗(yàn)初態(tài)的21%和30%; 至長歷時(shí)降雨試驗(yàn)中,坡體經(jīng)由柔性網(wǎng)傳遞給3號(hào)、4號(hào)錨索的最大荷載可達(dá)其初始軸力的29%和22%。即在采用錨墩式主動(dòng)網(wǎng)加固該類碎裂巖質(zhì)邊坡時(shí),無論存在哪種失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn),位于坡面中部的錨索均為最危險(xiǎn)錨索,其二次張拉量最大,承擔(dān)下滑力最多,在邊坡加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以欠張拉。

        3.3 柔性網(wǎng)變形特征分析

        本文測量各測點(diǎn)(圖5)柔性網(wǎng)水平向外的位移,數(shù)據(jù)共測量5次,其中短歷時(shí)強(qiáng)降雨停止時(shí)和長歷時(shí)降雨停止時(shí)各1次,長歷時(shí)降雨停止后的第24 h、48 h、72 h各1次。15個(gè)測點(diǎn)從上至下分為1~5行,按行將測點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移繪制曲線(圖10)。此外,加固區(qū)坡面變形特征可用柔性網(wǎng)位移數(shù)據(jù)量化,選取短時(shí)強(qiáng)降雨階段末、長歷時(shí)降雨階段末以及試驗(yàn)結(jié)束72 h的水平位移數(shù)據(jù)放大10倍做坡面變形位移特征展示(圖11)。

        圖10 錨墩式主動(dòng)網(wǎng)位移測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)

        圖11 不同階段坡面變形位移特征

        在短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段, 15個(gè)測點(diǎn)變形量僅1~23 mm,而長歷時(shí)降雨試驗(yàn)階段變形量達(dá)7~41 mm,顯著大于淺表層失穩(wěn)階段。除坡頂1~3號(hào)測點(diǎn)外,坡體在模擬降雨結(jié)束后持續(xù)向臨空面位移,但位移速率逐漸放緩,坡體趨于穩(wěn)定,最大位移為45 mm。試驗(yàn)結(jié)束后第72 h,坡面4~15號(hào)測點(diǎn)的平均位移為24 mm,較長歷時(shí)降雨試驗(yàn)?zāi)B(tài)平均位移18 mm增加約33%。而對于坡頂?shù)?~3號(hào)測點(diǎn),平均位移量在長歷時(shí)降雨試驗(yàn)?zāi)B(tài)達(dá)到峰值15 mm,并在其后72 h內(nèi)逐漸減小至11 mm。分析為坡頂碎磚松動(dòng)釋放部分空間,柔性防護(hù)網(wǎng)在螺母和壓力傳感器的壓應(yīng)力下向內(nèi)收縮所致,與前述錨索軸力變化現(xiàn)象相符。

        非加固區(qū)碎裂巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)對加固坡體有顯著的牽引作用。在錨索預(yù)應(yīng)力條件一致下,主動(dòng)網(wǎng)右側(cè)位移均大幅高于左側(cè),如短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段和長歷時(shí)降雨試驗(yàn)階段,右側(cè)3列測點(diǎn)平均位移為13.6 mm和21.4 mm,而靠近模型箱壁的左側(cè)1列測點(diǎn)平均位移僅6.6 mm和13.6 mm。此外,短時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段錨墩式主動(dòng)網(wǎng)第1列測點(diǎn)位移分布更為均勻,坡面中部2、3、4行總體變形協(xié)調(diào)一致(圖11a、圖12斜線區(qū)域底部)。在長歷時(shí)降雨試驗(yàn)階段,預(yù)應(yīng)力錨索所在的第1、3列錨固點(diǎn)因軸力變化而產(chǎn)生不同程度位移,柔性防護(hù)網(wǎng)因固定點(diǎn)移動(dòng)而面積收縮,網(wǎng)面向臨空側(cè)空鼓彎曲,造成錨索間2、4行的4、6、10、12號(hào)測點(diǎn)位移偏大(圖11b),在圖12中表現(xiàn)為第1、3列(斜線、藍(lán))的最大位移曲線的峰谷效應(yīng)較第2列(紅)的更顯著。

        圖12 測點(diǎn)按列劃分位移分布范圍

        錨墩式主動(dòng)網(wǎng)中錨索對邊坡起良好的加固作用。以行為單位,表現(xiàn)為錨索所在1、3、5行的測點(diǎn)位移明顯較2、4行的小,位移分布在圖12中呈M形。特別是第3行,在長歷時(shí)降雨條件下,錨索對邊坡整體變形有明顯的削弱效應(yīng),這與前文分析所得“中部錨索承擔(dān)下滑力最多”的結(jié)論一致。在對照組發(fā)生整體失穩(wěn)的情況下,錨固區(qū)主動(dòng)網(wǎng)在整個(gè)試驗(yàn)過程中最大位移僅45 mm,網(wǎng)面并未發(fā)生破壞或脫離,代表錨間距為5 m的錨墩式主動(dòng)網(wǎng)加固該實(shí)際邊坡時(shí),坡面位移小于45 cm,表明這一新型組合結(jié)構(gòu)能有效削減坡面變形位移,提升坡體整體和局部穩(wěn)定性。

        3.4 無錨固措施對照組失穩(wěn)特征

        通過對比觀察試驗(yàn)前后坡面繪制的正方形網(wǎng)格線,可分析錨固區(qū)與對照組各階段變形及破壞特征。

        在短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段第25 min,對照組坡體上部區(qū)域產(chǎn)生變形,表面部分網(wǎng)格遭受破壞,少量體積較小的碎磚掉落堆積在坡腳(圖13a)。至短歷時(shí)強(qiáng)降雨試驗(yàn)階段末,對照組坡面中下部已發(fā)生明顯破壞,僅上部殘留少量完整網(wǎng)格,坡面表層大量碎磚崩落至坡腳附近(圖13b)。相反,加固區(qū)坡面雖有少量碎磚下墜,但有主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)作用,坡面網(wǎng)格參考線排布較為均勻,邊坡整體穩(wěn)定性良好。

        圖13 不同降雨條件下無錨固對照組失穩(wěn)破壞特征

        在長歷時(shí)降雨試驗(yàn)階段,無錨固措施對照組坡體沿黏土帶劇烈下滑,正方形網(wǎng)格參考線滅失并在坡頂露出滑帶黏土(圖13c)。碎磚沖程較前一試驗(yàn)階段有明顯提升,距坡腳線最遠(yuǎn)可達(dá)900 mm。而錨墩式主動(dòng)網(wǎng)加固區(qū)坡面最大位移量僅45 mm,且為受右側(cè)無錨固措施對照組坡體牽引所致,僅有部分碎磚網(wǎng)格線發(fā)生錯(cuò)位,邊坡總體依然受到錨索和柔性防護(hù)網(wǎng)的錨固支撐,坡面形態(tài)并未明顯改變。

        4 結(jié) 論

        (1)錨墩式主動(dòng)網(wǎng)能協(xié)調(diào)發(fā)揮主動(dòng)網(wǎng)的坡面防護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨索的坡體加固功能,在短時(shí)強(qiáng)降雨或長歷時(shí)降雨條件下均能有效防止深厚碎裂巖質(zhì)邊坡的淺表層失穩(wěn)和整體失穩(wěn)。

        (2)考慮主動(dòng)網(wǎng)對坡面巖土體的防護(hù)作用,錨墩式主動(dòng)網(wǎng)中的預(yù)應(yīng)力錨索錨間距可較常規(guī)錨間距適當(dāng)增大,試驗(yàn)結(jié)果表明,錨索間距為5 m時(shí)依然能保持良好的服役性能。

        (3)降雨作用下坡面巖土體局部松動(dòng)變形導(dǎo)致的主動(dòng)網(wǎng)受荷會(huì)對預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行二次張拉,錨墩式主動(dòng)網(wǎng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮,建議對錨索實(shí)施與二次張拉相對應(yīng)的欠張拉,本文試驗(yàn)條件下可欠張拉30%,工程實(shí)踐中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際邊坡淺層失穩(wěn)范圍確定。

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