基于錨桿支護效果的數(shù)值模擬研究

前言
　　邊坡的失穩(wěn)和滑坡都給人類帶來了巨大的經(jīng)濟損失，有專家估計，我國因滑坡等地質災害造成的經(jīng)濟損失。主要的發(fā)生地為自然形成或者是經(jīng)過人工開挖形成的高邊坡。高邊坡在遇到外部或者是內部的各種物理因素的改變，發(fā)生失穩(wěn)或者是滑坡災害。所以在設計高邊坡的加固方案設計的時候，地質情況和水文條件以及荷載情況都要十分的了解。
　　研究綜述
　　1. 關于錨桿加固的方法
　　目前針對其加固的方法也有很多。概括起來其加固的方法可以分為內部加固和外部加固。外部加固體系：在邊坡外部設置原位擋墻和重力擋墻支擋土壓。材料一般為混凝土，形式采用預應力混凝土或者是板樁結構，有時也可以采用多種形式的聯(lián)合使用。內部加固體系是在邊坡土體內設置土釘、錨桿等措施改善邊坡的受力性能。針對高邊坡通常的加固形式有土釘墻和預應力錨索框架結構[1]。
　　圖1 擋墻錨桿設計 圖2 預應力錨桿設計
　　2. 錨桿支護的形式：
　　常見的有單錨，群錨，在某些工程中也常采用錨桿和鋼帶、鋼梁以及金屬網(wǎng)的聯(lián)合使用。不同的支護形式在不同的支護結構中所產生的效果是不同的。同時在采用支護形式的同時要考慮巖石的硬度、節(jié)理發(fā)展情況以及完整性，地基應力和設計年限綜合考慮。對于隧道的支護通常拱形的要比梯形支架的承載能力好很多，隧道初次支護設計中，視錨桿的作用可分為超前錨桿、鎖腳錨桿和徑向錨桿[2]。
　　3. 錨桿應力狀態(tài)分析：
　　一種方法是通過實驗進行確定錨桿的受力情況：可以采用光纖傳感技術進行檢測錨桿的應力和應變，得到的數(shù)據(jù)可靠精確[3]。
　　還可以通過數(shù)值模擬的方法：采用有限元進行計算，其模型的建立較為復雜。原因為錨桿拉力除錨固端外， 沿長度方向是不一定是均勻分布的。同時錨桿與鉆孔間有較大空隙， 所以錨桿的抗剪能力只有在巖層發(fā)生較大錯動后才能發(fā)揮出來[4]。對于全長錨固錨桿， 錨固劑的錨桿復雜更大。同時該受力不但取決于圍巖性質和錨桿支護各組成部分（桿體、錨固劑、托盤）的材質與尺寸，而且還取決于錨桿的長度、間距、排距，以及施工過程中所施加的預緊力等主要支護技術參數(shù)[5]。
　　4. 模型的建立
　　在錨桿受力方面的數(shù)值模擬，通常將錨桿簡化為桿單元或者是梁單元進行計算。該種模擬方法并沒有將錨桿和巖石接觸面的相對剪切力考慮在內[6]。同時界面單元的選取也是比較復雜。在網(wǎng)格生成的時候也是遇到了很大的阻礙。也可采用流變模型進行有限元計算或者是伯格斯模型進行應力位移場分析。也可以采用大型巖土工程數(shù)值模擬軟件FLAC3D進行計算[7]，該軟件對于幾何的非線性和大變形的結構具有獨特的優(yōu)勢。
　　評述
　　在現(xiàn)有的研究錨桿的受力計算和穩(wěn)定性分析中可將可靠度引入其中，這樣的設計計算對實際的情況而言是偏差很大的，因為外荷載是隨著時間變化的，并不是單一的數(shù)值能夠代替的。只用一個結構重要性系數(shù)是不能夠反正整個體系中荷載的變化對該結構穩(wěn)定性的影響。該方法雖然引入可靠度理論，但是要知道荷載的分布情況還是比較復雜的。但同種類型的荷載分布可以參考相應的規(guī)范的荷載分布情況。同時不同支護條件應該采用不同的計算模型，不能夠將一種計算方式直接強加到各種模型中。在考慮錨桿受力的時候，還應該考慮到巖石面和錨桿接觸面之間的剪切力，以及發(fā)生較大變形時或者是發(fā)生裂縫的時候該模型是否還能夠繼續(xù)，如果不能夠適用應該對模型進行相應的調整。
　　基于上述多種因素的影響，將可靠度的理論引入到不同的錨桿支護效果中，同時采用隨機數(shù)來模擬可靠度的確定。使得荷載形式不是單一特定的數(shù)值，而是荷載服從某種分布，是一個變化的值。這樣模擬的數(shù)值更加的符合實際的工程情況。在設計中更加能說明該設計的可靠性，有的為實體結構考慮各種邊界條件以及各種假設條件。在對現(xiàn)有的錨桿支護進行數(shù)值分析，同時對不同的荷載類型進行可靠度分析，提出將結構可靠度理論的錨桿支護效果的研究更加能夠符合實際情況。因為該條件下是將荷載看做一個變量而不是一個常量，這也是符合實際的工程情況。所以在模擬的時候應該進行結構模擬之前應該對該結構的極限狀態(tài)條件下的變量的分布函數(shù)，以及可靠指標的確定和變量之間是串聯(lián)還是并聯(lián)的情況。