隨著我國(guó)改革開(kāi)放和西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深化,西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了快速的發(fā)展。交通運(yùn)輸業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基石,也得到了大力發(fā)展。我國(guó)西北地區(qū)大部是黃土高原,面積廣闊,且多為山區(qū)丘陵地貌,所以在工程建設(shè)中會(huì)不可避免的遇到邊坡工程。因此,研究黃土地區(qū)路塹邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中的變形規(guī)律、影響因素、穩(wěn)定性及其加固方法,對(duì)于保持黃土邊坡的穩(wěn)定、推進(jìn)西北地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有著十分重要的意義�？蚣苠^桿支護(hù)對(duì)于提高邊坡穩(wěn)定性和減小邊坡變形的作用效果顯著,且框架錨桿錨固具有制作簡(jiǎn)單、施工方便、工期短、成本低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái),用框架錨桿來(lái)提高邊坡穩(wěn)定性,控制其側(cè)向位移的方法被越來(lái)越多的運(yùn)用到工程中。我國(guó)地理環(huán)境復(fù)雜,加之我國(guó)的框架錨桿錨固支護(hù)技術(shù)的發(fā)展時(shí)間還比較短,關(guān)于許多具體工況的施工方法還沒(méi)有詳細(xì)的規(guī)范指導(dǎo)。因此,本文參照某實(shí)際工程,通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn),從不同錨固方式和不同布錨角度兩個(gè)方面研究了黃土邊坡的極限承載力、土體應(yīng)力分布、邊坡的滑動(dòng)位移、錨桿的應(yīng)力分布等有關(guān)參數(shù)。然后利用MIDAS/GTS NX有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,并與室內(nèi)模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較,得出以下結(jié)論。本文的主要內(nèi)容有:(1)查閱資料,了解有關(guān)框架錨桿支護(hù)的研究現(xiàn)狀,從理論研究方面、試驗(yàn)研究方面以及數(shù)值模擬研究方面對(duì)框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理及受力特征進(jìn)行歸納總結(jié)。鑒于國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于黃土邊坡工況下框架錨桿的作用機(jī)理的研究還比較少與框架錨桿支護(hù)技術(shù)在邊坡錨固方面存在的問(wèn)題,制定有關(guān)室內(nèi)模型試驗(yàn)的方案,并提出本文研究的主要內(nèi)容。(2)室內(nèi)模型試驗(yàn)所用錨桿為直徑8mm,長(zhǎng)度為800mm的鐵質(zhì)螺桿。錨孔直徑為25mm,灌注砂漿所用水泥為祁連山硅酸鹽42.5號(hào)水泥,水灰比為0.45:1,灰砂比為1:1;所用填土為蘭州黃土,并通過(guò)土工試驗(yàn)確定了土的最佳含水率、最大干密度以及粘聚力和內(nèi)摩擦角等土體參數(shù)。通過(guò)模型試驗(yàn),對(duì)未加固的、腰梁錨固和框架錨桿錨固的黃土邊坡進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)比分析不同坡頂荷載作用下坡體的位移、錨桿受力、框架梁的受力分布以及邊坡的極限承載力等的變化規(guī)律,為今后的工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。(3)在一定的坡體密度和含水率條件下,以相同坡頂荷載進(jìn)行了不同布錨角度情況下的室內(nèi)錨桿拉拔試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析可知:錨桿的抗拔力隨布錨角度的增加,呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)錨桿俯斜40°布置時(shí),抗拔力達(dá)到最大,即40°是最優(yōu)錨固角。(4)單級(jí)邊坡工況下,對(duì)邊坡進(jìn)行腰梁錨固下的承載力試驗(yàn),探究不同腰梁錨固位置對(duì)邊坡的支護(hù)效果。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析可知,腰梁錨固位置從頂部至底部的變化過(guò)程中,邊坡的極限承載力先增大后減小。當(dāng)腰梁位于錨固邊坡的1/2坡高處時(shí),邊坡的極限承載力最大,錨固效果最佳。通過(guò)對(duì)無(wú)支護(hù)、腰梁錨桿支護(hù)以及框架梁錨桿支護(hù)的效果進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)框架梁錨桿支護(hù)的效果最優(yōu)。(5)利用Midas/GTS NX有限元軟件,研究了邊坡開(kāi)挖過(guò)程中,不同錨固形式下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)、坡頂沉降、坡體側(cè)向位移以及土體的應(yīng)力分布情況,分析了框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理和腰梁錨固支護(hù)的作用效果,得出的結(jié)論與室內(nèi)模型試驗(yàn)變化趨勢(shì)基本吻合,也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。研究成果可為類似黃土邊坡加固提供參考。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U416.14
【部分圖文】：

背景與意義國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，同時(shí)西北地如雨后春筍一般，發(fā)展迅速。我國(guó)西北地區(qū)大部是黃土覆蓋的丘陵和山丘林立，地勢(shì)極不平坦。在這樣的自然環(huán)境中修建公路或鐵路會(huì)不問(wèn)題。黃土邊坡是我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)建設(shè)程中常見(jiàn)的巖土構(gòu)筑物形斜坡面的巖土體。由于邊坡表面是傾斜的，所以在自重或外力的作用巖體中的某一部分具有從高向低滑落的趨勢(shì)，如果土體內(nèi)部某一個(gè)面所能提供的抗滑力，就會(huì)發(fā)生滑坡。由于黃土具有遇水濕陷性、高壓工程特性，所以經(jīng)常出現(xiàn)滑坡、不均勻沉降等災(zāi)害，不僅致使工程維車輛的正常通行，威脅人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，制約運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，諧穩(wěn)定。

框架錨桿加固黃土邊坡的模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬分析高達(dá) 6800 萬(wàn) m3，堵塞后形成 335m 的大壩，庫(kù)容 6.8 億 m3。1981 年雨季，寶成鐵共發(fā)生滑坡 289 處，損失 2.56 億元。1983 年 3 月甘肅東鄉(xiāng)縣的灑勒發(fā)生黃土滑坡，坡體積約 5000m3，造成造 227 人死亡，4 個(gè)村莊被毀。2001 年 5 月 1 日，重慶市武縣發(fā)生滑坡事件，當(dāng)場(chǎng)死亡 69 人，一幢 9 層高的住宅樓房被毀[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)每年發(fā)生的滑坡次數(shù)多達(dá)萬(wàn)次以上，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百億，另外還有許多座城市處于坡的威脅之下�；聻�(zāi)害不僅威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)中斷交通，破壞房屋毀工程，毀壞農(nóng)田。因此，保證邊坡穩(wěn)定，不僅關(guān)乎過(guò)往車輛和行人的生命安全，更乎國(guó)家的發(fā)展大計(jì)。

（a）框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)立面圖 （b）框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖圖 2.1 框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的立面圖與剖面圖2.2 框架錨桿荷載傳遞及固坡效應(yīng)分析2.2.1 錨桿的類型根據(jù)錨桿端頭是否施加預(yù)應(yīng)力，可將錨桿分為預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿。通常，為防止錨桿受力后在錨桿端頭產(chǎn)生較大位移，一般采取對(duì)錨桿進(jìn)行張拉處理的措施，即對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力能使錨桿和地層中產(chǎn)生應(yīng)力，與預(yù)應(yīng)力錨桿相比，非預(yù)應(yīng)力錨桿的力學(xué)特性有很大不同。就對(duì)位移的控制方面而言，預(yù)應(yīng)力錨桿相較于非預(yù)應(yīng)力錨桿的效果要好，比較適用于對(duì)較硬的巖土體的支護(hù)。相比較而言，非預(yù)應(yīng)力錨桿在濕陷性黃土中的應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)錨桿受力后錨固體的受力情況，可將錨桿分為拉力型錨桿和壓力型錨桿。拉力型錨桿在受到荷載作用后，桿體與錨固體接觸面上的剪應(yīng)力由荷載端向錨固端傳遞且靠近受力端的錨固體很容易出現(xiàn)張拉裂縫，而張拉裂縫的出現(xiàn)也比較容易致使錨桿發(fā)生銹

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本文編號(hào)：2821011