1、第4 8卷 第3期2 0 2 3年6月 广西大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fG u a n g x iU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 8N o.3J u n.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 9;修订日期:2 0 2 3-0 3-1 3 基金资助:国家自然科学基金项目(5 2 1 7 8 3 4 1,5 1 8 0 9 1 9 1);山西交通控股集团2 0 2 0年度科技项目计划(2 0 J K K J 1 1);中国博士后科学基金资助项目(2 0
2、 1 9M 6 6 1 0 6 5)通讯作者:苗晨曦(1 9 8 9),男,山东菏泽人,太原理工大学副教授,博士;E-m a i l:m i a o c h e n x i t y u t.e d u.c n。引文格式:苗晨曦,任景瑞,李耀峰,等.坡顶超载下含软弱结构面锚固边坡承载特性J.广西大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 8(3):5 1 9-5 2 8.D O I:1 0.1 3 6 2 4/j.c n k i.i s s n.1 0 0 1-7 4 4 5.2 0 2 3.0 5 1 9坡顶超载下含软弱结构面锚固边坡承载特性苗晨曦1,2*,任景瑞1,3,李耀峰4,赵小军4,王
3、晓毅4,赵强4(1.太原理工大学 土木工程学院,山西 太原0 3 0 0 2 4;2.山西省交通科技研发有限公司,山西 太原0 3 0 0 0 0;3.华能左权煤电有限责任公司,山西 左权0 3 2 6 0 0;4.山西交通控股集团有限公司吕梁南高速公路分公司,山西 吕梁0 3 2 2 0 0)摘要:为了探究坡顶超载作用下含软弱结构面的锚固边坡承载特性,以软弱结构面长度为变量设计并制作完成了4组缩尺模型试验,借助位移计、轴力计等量测元件监测坡面位移、坡顶沉降和锚索轴力的发展规律,系统研究了软弱结构面发育对锚固边坡承载特性和变形行为的影响。试验结果表明:软弱结构面发育伴随着框架梁变形模式的改变,
4、结构面较长时,框架梁会因坡体下滑而发生旋转,实际工程中应根据结构面发育情况合理选择边坡水平位移的监测点。同时,不同层位处锚索调动顺序与结构面长度存在关联。设计时宜根据结构面分布及发育趋势,异化不同层位处锚索预应力幅值。关键词:软弱结构面;锚固边坡;承载特性;模型试验中图分类号:TU 4 2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 4 5(2 0 2 3)0 3-0 5 1 9-1 0B e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so fa n c h o r e ds l o p ew i t hw e a ks t r u c t u r a l
5、 p l a n eu n d e ro v e r l o a d i n gc o n d i t i o nM I AOC h e n x i1,2*,R E NJ i n g r u i1,3,L IY a o f e n g4,Z HAOX i a o j u n4,WAN GX i a o y i4,Z HAOQ i a n g4(1.C o l l e g eo fC i v i lE n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,T a i y u a n0 3 0 0 2
6、4,C h i n a;2.S h a n x iT r a n s p o r t a t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t eG r o u pC o.,L t d.,T a i y u a n0 3 0 0 0 0,C h i n a;3.H u a n e n gZ u o q u a nC o a l&P o w e rC o.,L t d.,Z u o q u a n0 3 2 6 0 0,C h i n a;4.S h a n x iT r a n s p o r t a t i o nH o l d i n g sG r o u pC o.
7、,L t d.,L v l i a n gS o u t hH i g h w a yB r a n c h,L v l i a n g0 3 2 2 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T oe x p l o r et h eb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f t h ea n c h o r e ds l o p ew i t hw e a ks t r u c t u r a lp l a n eu n d e rt h eo v e r l o a d i n go nt h es l o p et o
8、p,f o u rs c a l e d m o d e lt e s t sw e r ed e s i g n e da n dc o n s t r u c t e dw i t ht h el e n g t ho fw e a ks t r u c t u r a ls u r f a c ea st h ev a r i a b l e.T h el i n e a rv a r i a b l ed i f f e r e n t i a lt r a n s f o r m e r s,t e n s i o ni n d i c a t o r sa n do t h e r
9、 m e a s u r i n gc o m p o n e n t s w e r eu s e d广西大学学报(自然科学版)第4 8卷t om o n i t o r e dt h ed e v e l o p m e n to ft h es l o p es u r f a c ed i s p l a c e m e n t,s l o p et o ps e t t l e m e n ta n da n c h o rc a b l ea x i a l f o r c e.T h e i n f l u e n c eo fw e a ks t r u c t u r a l
10、p l a n ed e v e l o p m e n to nt h eb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fa n c h o r e ds l o p ew a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d.T h et e s t r e s u l t s s h o wt h a t t h ed e v e l o p m e n t o fw e a ks t r u c t u r a l p l a n
11、 e i s a c c o m p a n i e db y t h e c h a n g eo fd e f o r m a t i o nm o d eo f f r a m eb e a m.T h es l o p ew i t hl o n gs t r u c t u r a lp l a n eu n d e r l o a dc a u s e st h es l o p e t os l i d ed o w na n dt h e nc a u s e s t h e f r a m eb e a mt or o t a t e.T h em o n i t o r i
12、 n gp o i n t so ft h eh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to ft h es l o p es h o u l db er e a s o n a b l ys e l e c t e da c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to fs t r u c t u r a lp l a n ei ne n g i n e e r i n gp r a c t i c e.M o r e o v e r,t h e r ei sar e l a t i o n s h i pb
13、 e t w e e nt h eo r d e ro f a n c h o r c a b l em o b i l i z a t i o na t d i f f e r e n t l a y e r s a n d t h e l e n g t ho f s t r u c t u r a lp l a n e.T h ed e s i g n e dp r e s t r e s sa m p l i t u d e so fa n c h o rc a b l e sa td i f f e r e n tl a y e r ss h o u l db ed i s s i
14、m i l a t e da c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o na n dd e v e l o p m e n to f s t r u c t u r a l p l a n e s i np r a c t i c e.K e yw o r d s:w e a ks t r u c t u r a l p l a n e;a n c h o r e ds l o p e;b e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c;m o d e l t e s t0 引言随着国家综合立体交通网建设的不断推进,
15、待建跨山区公路里程持续增长,边坡自身稳定问题是影响山区公路服役性能的关键所在。山区岩质路堑边坡内部软弱结构面频遇,复杂环境与地质条件下结构面发育贯通往往成为边坡失稳的内在原因1-2,因此,亟待对含软弱结构面的岩质边坡进行工程补强。在各种支挡结构中,预应力锚索框架结构具有施工工艺简单、施工工期短且工程造价低等优点。迄今为止,国内外学者已针对锚框支护边坡的变形控制、应力分布等问题开展研究。韩冬冬等3、陈春利等4通过大型物理模型试验,揭示了格构锚固体系的力学抗滑机制。何矾等5制作了加筋三维网 锚杆防护下的土质边坡模型,对边坡柔性防护结构作用机制进行了探讨。李剑等6通过数值模拟认为预应力锚索加固高陡边
16、坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。叶帅华等7基于框架锚杆支护黄土边坡的振动台模型试验,对框架锚杆支护结构的抗震性能进行了评价。言志信等8通过大型相似边坡模型构建,研究了含软弱层顺倾岩体边坡锚杆杆体和砂浆的地震响应规律。Z h a n g等9、付晓等1 0通过预应力锚索框架梁加固含软弱夹层边坡的振动台试验,研究了边坡体及支护结构的动力响应特性。另外,朱仁杰等1 1针对含贯通性结构面的岩质边坡开展模型试验,明确了地震波场受贯通性结构面影响。郭永建等1 2采用有限元数值模拟对边坡稳定性进行分析,认为锚杆框架梁技术在防护岩质边坡起到了很好的效果。张令非等1 3通过开展含泥化夹层岩质边坡的模型试验,研究了含弱层岩石边坡的破坏模式及滑坡机制。总体来说,上述研究工作侧重于边坡及支护结构的静动力学响应与作用机制问题,所构造的软弱结构面相对单一,对于在结构面发育下锚框支护边坡的力学行为研究较少,无法科学考虑复杂环境地质条件下软弱结构面时变特征。基于此,本文设计并开展框架锚索支护含软弱结构面岩质边坡模型试验,通过改变软弱结构面的长度表征结构面发育阶段,探求软弱结构面发育下锚固边坡的承载特性及变形规
