牟 丹

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 太原市 030032)

0 引言

在邊坡治理工程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索來(lái)加固邊坡，錨索可以在地層中產(chǎn)生張拉應(yīng)力，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的效果。在錨索施加較高預(yù)應(yīng)力的過(guò)程中，對(duì)欲加固的基層巖土穩(wěn)定性具有較高的要求[1]。在具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的基層巖土上施加預(yù)應(yīng)力錨索可以有效地保證其穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。施加預(yù)應(yīng)力錨索也可以有效地保證巖土體的承載能力，利用其強(qiáng)度可以有效地降低支護(hù)結(jié)構(gòu)的自重。因此，邊坡治理工程利用預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡可以在多方面來(lái)提高邊坡的穩(wěn)定性，降低邊坡坍塌的可能性。由于在治理過(guò)程中制作預(yù)應(yīng)力錨索材料的廉價(jià)性和方便性，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較明顯，所以預(yù)應(yīng)力錨索在現(xiàn)在的施工中應(yīng)用較為廣泛。利用FLAC3D有限元軟件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的數(shù)值模擬，以此來(lái)研究其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 巖土邊坡錨固技術(shù)基本原理

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)作為一種主動(dòng)加固手段，其可以改善邊坡表面巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到限制巖土體變形的效果，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。由于預(yù)應(yīng)力錨索加固效果非常明顯，現(xiàn)在已被很多的邊坡治理工程所證實(shí)[2-4]。錨索是通過(guò)鉆孔及注漿使鋼絞線錨固在較深巖土層中的一種受拉桿件結(jié)構(gòu)，張拉鋼絞線產(chǎn)生較大的張拉預(yù)應(yīng)力來(lái)限制被加固巖土體的變形和保證其穩(wěn)定。

手衛(wèi)生是針對(duì)醫(yī)護(hù)人員在工作中存在的交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)而采取的措施,是醫(yī)院感染控制的重要手段,通過(guò)手衛(wèi)生,可以有效的降低醫(yī)院感染。持續(xù)完善的開展手衛(wèi)生項(xiàng)目,可以縮短患者的平均住院日,減少花費(fèi),很大程度提高醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益,對(duì)醫(yī)院和患者是雙贏的[1]。也因此,手衛(wèi)生的開展受到世界衛(wèi)生組織(WHO)和全球患者安全聯(lián)盟的高度重視[2]。但是,在WHO發(fā)起運(yùn)動(dòng)十多年后,許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)仍然面臨著手衛(wèi)生依從性低的挑戰(zhàn)。

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是邊坡治理工程中的一種比較普遍的加固手段。通過(guò)錨索在被加固的巖土體部位產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，使錨索緊密接觸的巖土體處產(chǎn)生一定的摩擦力，以此削弱巖土體的下滑力限制滑塊下滑的發(fā)生，從而達(dá)到加固邊坡的作用[5-8]。

另外，預(yù)應(yīng)力錨索分割斜坡軟弱的結(jié)構(gòu)面后，在被加固的巖土體部位形成許多彼此相互連接的板狀塊體結(jié)構(gòu)，此時(shí)這些板狀塊體結(jié)構(gòu)連接形成一個(gè)共同的整體，有效地改善了邊坡的穩(wěn)定性，從而達(dá)到了加固的作用。綜合分析預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行加固，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(2)利用錨索的加固作用，來(lái)增加巖土體邊坡下滑部位附著力，表現(xiàn)出巖體在下滑的過(guò)程中接觸面上的摩擦力得到了一定的提高，從而減少了邊坡失穩(wěn)的可能性。

(1)利用錨索的預(yù)應(yīng)力來(lái)抵消一部分下滑巖體的自身重量，抑制巖體下滑的發(fā)生。在此過(guò)程中，由于下滑巖體的自身重量得到了降低，導(dǎo)致下滑力下降，使邊坡維持其穩(wěn)定狀態(tài)。

所采用的模型為均質(zhì)巖層，采用六面體網(wǎng)格建立，x方向長(zhǎng)為20m，y方向長(zhǎng)為3m，z方向最高為13m，模型中施加8根預(yù)應(yīng)力錨索。錨索預(yù)應(yīng)力為60kN,錨索的基本參數(shù)如表1，模型一共劃分1047單元，共有1560個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于所模擬的是松散、膠結(jié)的巖土體，所以采用摩爾庫(kù)倫塑性模型和彈性模型，巖土體材料參數(shù)如表2。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型的確定

(3)利用錨索的串聯(lián)作用，使巖土邊坡的巖體連接為一個(gè)整體，被加固邊坡部位的抗剪強(qiáng)度和整體剛度得到了相應(yīng)的增加，使下滑巖體的變形得到了抑制，提高了邊坡的穩(wěn)定性。

圖5(a)、圖5(b)為兩種狀態(tài)下的最大主應(yīng)力云圖，從最大主應(yīng)力數(shù)值的對(duì)比可見(jiàn)在坡面上未支護(hù)狀態(tài)下的主應(yīng)力較大，其值為8.13e+3，坡面上基本為拉應(yīng)力，促進(jìn)坡面的下滑；而支護(hù)狀態(tài)下坡面的最大主應(yīng)力為-3e+4，坡面上基本為壓應(yīng)力，起到穩(wěn)定坡面、增大下滑面上摩擦力的作用。由此可得坡體打入預(yù)應(yīng)力錨索，坡面上的最大主應(yīng)力方向發(fā)生了改變，由原來(lái)的拉應(yīng)力變化為壓應(yīng)力，使坡體處于安全的狀態(tài)。由此可說(shuō)明預(yù)應(yīng)力錨索加固作用為增加滑面上的壓應(yīng)力。圖5(c)、圖5(d)為兩種狀態(tài)下的剪應(yīng)力云圖，從剪應(yīng)力的數(shù)值上可以明顯地發(fā)現(xiàn)，在支護(hù)狀態(tài)下坡面上的剪應(yīng)力變大。未支護(hù)狀態(tài)下的坡面剪應(yīng)力最大為2.5e+4，起到促進(jìn)坡面下滑的作用，而支護(hù)狀態(tài)下的坡面剪應(yīng)力最大值為-3e+4，抵消下滑力?？梢?jiàn)在坡體打入錨索其剪應(yīng)力方向發(fā)生了改變，由原來(lái)的沿下滑方向變?yōu)榕c下滑力方向相反，因?yàn)檫吰碌膬A角α為45°，錨桿打入坡體的角度為45°，與90°-α相等，所以預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生的抗滑力沿坡面向上，起到抵消下滑力的作用。這也說(shuō)明了預(yù)應(yīng)力錨索加固機(jī)理的另一方面，即提供一定的抗滑力。

表1 錨索基本參數(shù)

表2 巖土體基本物理參數(shù)

2.2 模型約束條件

通過(guò)建立邊坡數(shù)值計(jì)算模型，在模型中施加一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力錨索，對(duì)比分析未施加預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡和施加預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡的總位移云圖、x方向位移云圖、z方向位移云圖、剪切應(yīng)變?cè)隽吭茍D、應(yīng)力云圖和塑性云圖來(lái)研究錨索的作用效果，主要得到以下結(jié)論：

通過(guò)圖2中未支護(hù)狀態(tài)下和支護(hù)狀態(tài)下的總位移云圖可以得到，位移最大值分別為0.45cm和0.125cm，最大位移值發(fā)生的部位分別為坡腳和坡腳靠上部位。但是從整體的位移最大值對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在邊坡打入預(yù)應(yīng)力錨索后，其位移值明顯減小，減小率為75%，可見(jiàn)預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)于邊坡總體變形的改善還是挺明顯的。對(duì)比圖2(c)、圖2(d)兩種狀態(tài)下的x方向位移云圖，其沿x負(fù)方向最大位移值分別為0.42cm和0.094cm，x方向最大位移值減小率為77.67%。對(duì)比圖2(e)和圖2(f)兩種狀態(tài)下的z方向位移云圖，其沿z方向最大位移值分別為0.16cm和0.624cm，z方向位移值減小率為62.18%。由最大總位移減小率、x方向最大位移值減小率和z方向最大位移值減小率綜合分析可知，預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)于x方向的變形約束較明顯，對(duì)于邊坡z方向的位移約束，反應(yīng)出對(duì)邊坡沉降的改善也是較明顯的，這正是起到抑制邊坡滑塌的作用。

近日，美的集團(tuán)進(jìn)行了一輪事業(yè)部的改革，將生活電器與環(huán)境電器事業(yè)部合并，原本的10個(gè)事業(yè)部減少至9個(gè)。這是繼半年前，美的廚電與熱水器合并成立廚熱事業(yè)部后，美的再次出手整合事業(yè)部。美的內(nèi)部人士表示，此次合并，屬于美的內(nèi)部正常調(diào)整，符合當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和行業(yè)發(fā)展環(huán)境的變化。

圖1 數(shù)值分析模型

3 結(jié)果分析

3.1 位移分析

在模擬錨索單元時(shí)，利用先刪除再創(chuàng)建的方法來(lái)生成link，以此來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力錨索端部的托盤，即先刪除錨索單元與實(shí)體單元之間在錨索端部所自動(dòng)生成的連接，然后再用剛性連接索代替來(lái)模擬實(shí)際的托盤效果。錨索所采用FLAC3D的cable單元進(jìn)行模擬，錨索可分為自由段和錨固段，兩端所設(shè)置的相關(guān)錨固參數(shù)不同，在自由段施加預(yù)應(yīng)力。

圖2 支護(hù)前后位移云圖

3.2 剪應(yīng)變?cè)隽糠治?/h3>

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，邊坡在坡腳處剪應(yīng)變?cè)隽枯^大，其值為4.943e-3，此時(shí)破裂面從坡腳已經(jīng)向坡頂貫通，邊坡已發(fā)生破壞。圖4為支護(hù)狀態(tài)下的剪切應(yīng)變?cè)茍D，可以發(fā)現(xiàn)邊坡最大的剪切應(yīng)變?cè)隽繛?.098e-3，由于已經(jīng)在坡體內(nèi)打入了預(yù)應(yīng)力錨索，所以此時(shí)的邊坡滑動(dòng)面云圖已經(jīng)發(fā)生改變，即滑動(dòng)面已消失，但是在坡腳處剪切應(yīng)變?cè)隽窟€是較大的。綜合分析圖3和圖4，兩種狀態(tài)下的剪應(yīng)變?cè)隽匡@然不同，未支護(hù)狀態(tài)下的剪切應(yīng)變?cè)隽恐递^大，可見(jiàn)支護(hù)可以減小坡體的剪切應(yīng)變，使增量大概減小77.79%?；诖祟A(yù)應(yīng)力錨索對(duì)于提高邊坡的抗剪切強(qiáng)度有較明顯的作用，也印證了傳統(tǒng)條分法和傳遞系數(shù)法的結(jié)論：預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)于邊坡的加固機(jī)制其中之一的方面，即預(yù)應(yīng)力錨索在破裂面上提供了較大的壓應(yīng)力，由此提高了坡體滑裂面的抗剪強(qiáng)度。

第三步，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估計(jì)。根據(jù)預(yù)評(píng)價(jià)樣本資料計(jì)算事故頻率, 結(jié)合等級(jí)評(píng)定的風(fēng)險(xiǎn)損失后果，由事故風(fēng)險(xiǎn)=事故概率×損失后果，以及查閱表2～3來(lái)確定事故概率和預(yù)估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)矩陣[18]，逐項(xiàng)評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。

圖3 未支護(hù)剪切增量云圖

圖4 支護(hù)剪切增量云圖

3.3 應(yīng)力分析

建議：對(duì)“健康”患者采用中度限制輸液，對(duì)高?；颊卟捎媚繕?biāo)導(dǎo)向輸液；對(duì)極端頭低腳高位體位患者應(yīng)限制輸液，但恢復(fù)體位后應(yīng)注意容量補(bǔ)充。

圖5 應(yīng)力云圖

3.4 塑性對(duì)比

圖6和圖7分別是有無(wú)支護(hù)狀態(tài)下的邊坡塑性云圖，從剪切區(qū)的分布上來(lái)看，在未施加預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡一直處于剪切狀態(tài)的土體分布主要在下滑面處，發(fā)生剪切的部位較多，發(fā)生剪切后穩(wěn)定的部位占絕大部分。而在打入預(yù)應(yīng)力錨桿的邊坡體中，發(fā)生剪切的部位較少，況且坡體一直處于剪切狀態(tài)的部位主要集中在坡腳外，這樣有利于坡體的穩(wěn)定。由此再次說(shuō)明了在坡體中施加支護(hù)結(jié)構(gòu)可以很好地約束其變形。

圖6 無(wú)支護(hù)塑性云圖

圖7 支護(hù)塑性云圖

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際情況所建立的模型，在底部為全部約束，左側(cè)和右側(cè)為水平方向位移約束，上部為自由邊界。本模型所采用分步彈塑性法來(lái)生成初始應(yīng)力，即首先將模型的巖土體參數(shù)的抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)力賦值為無(wú)窮大，使其達(dá)到彈性階段的平衡。然后再對(duì)其全部方向的位移和速度清零，抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)力重新賦值進(jìn)行塑性計(jì)算，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。

(1)預(yù)應(yīng)力錨索在約束邊坡位移方面，對(duì)x方向的約束較為明顯，在z方向的沉降位移次之，限制了邊坡沿x方向的下滑。

(2)在剪切應(yīng)變?cè)隽糠矫?，預(yù)應(yīng)力錨索可以大幅度地減少邊坡土體剪切應(yīng)變?cè)隽?，提高土體的抗剪強(qiáng)度。

(3)對(duì)比分析主應(yīng)力和剪切應(yīng)力云圖可以發(fā)現(xiàn)，錨索可以改變邊坡表面的主應(yīng)力方向，使拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，同時(shí)使滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力的方向也發(fā)生改變，將剪應(yīng)力的方向改變?yōu)檠鼗瑒?dòng)面向上。通過(guò)改變主應(yīng)力和剪應(yīng)力的方向提高滑面的抗滑力來(lái)加固坡體，使坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

因子分析是將一些非常復(fù)雜的變量重組為幾個(gè)新的無(wú)關(guān)復(fù)合因子的過(guò)程。公因子就是每一組變量所代表的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)。計(jì)算指標(biāo)提取公因子然后建立分析模型，計(jì)算因子得分、綜合得分，進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和排名。

(4)對(duì)比有無(wú)支護(hù)的邊坡模型的塑性區(qū)分布，可以認(rèn)為預(yù)應(yīng)力錨索改變了坡體的塑性區(qū)分布，使?jié)撛诨瑒?dòng)面消失。同時(shí)也使塑性區(qū)減少，為坡體的穩(wěn)定提供安全儲(chǔ)備。