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预应力锚索作为一种经济有效的支护方式,在山区边坡的治理中得到了广泛的应用。汶川地震灾后调查资料显示,经预应力锚索加固的边坡具有良好的抗震性。但目前预应力锚索抗震加固机理的研究落后于工程实践,阻碍了锚固技术的进一步发展,因此研究其抗震加固机理具有重要的工程意义。本文围绕预应力锚索对顺层边坡的抗震加固机理展开研究,主要工作及相关结论如下。
首先,采用理论分析的方法从提高岩土体承载力的微观角度来研究预应力锚索的抗震加固机理,根据预应力锚索加固顺层岩质边坡的受力特点,建立顺层岩质边坡的预应力锚固模型。计算预应力锚索加固后边坡锚固模型裂纹端部的应力强度因子,结果表明,预应力锚索加固能减小锚固模型裂纹端部的应力强度因子,能有效控制地震作用下附加动应力引起的裂纹的扩展贯通,增加边坡的抗震性。
其次,为研究预应力锚索加固对作用在边坡岩体上的地震力的影响,拟采用振型分解反应谱法进行动力计算。根据振型分解反应谱法的计算特点,先采用ANSYS对边坡进行模态分析,试算选取合适尺寸的边坡计算模型,研究岩体弹性模量、结构面刚度和结构面倾角对边坡自振特性的影响规律。抗震设防的首要目的是避免“共振”。在边坡自振特性分析的基础上,采用ANSYS对理想节理边坡进行谐响应分析,研究岩体弹性模量和结构面刚度对边坡共振特性的影响。
然后,由于预应力锚索加固能增加结构面的剪切刚度,结构面剪切刚度的增加能改变边坡自振频率和振型,采用振型分解反应谱法计算地震作用下的边坡潜在滑体上的下滑力,通过增加结构面的剪切刚度来考虑预应力锚索的加固作用。计算结果表明,采用预应力锚索加固能减小作用在潜在滑体上的下滑力,对于硬度越小的岩体,预应力锚索的加固效果越显著。
最后,预应力锚索是锚固系统的重要组件,其强度性能的好坏直接关系到预应力构件的安全性。地震作用下锚索正应力的变化决定了锚索的强度,采用FLAC3D时程分析法进行地震动力计算,监测地震作用过程中锚索轴力的变化,分析锚索轴力随地震作用时间的变化规律和不同部位处锚索的受力特点。