基于锚索内力增量比指标的边坡安全性预警研究.pdf

第30卷第3期2023年 5月Vo l.30 No.3Ma y 2023妥全与环境工程Sa f et y a nd Env iro nment a l Enginee ring引用格式：陈冠琪，郭昭赢，张晓温，等.基于锚索内力增量比指标的边坡安全性预警研究J.安全与环境工程,2023,30(3):145-151,160.Ch en G Q,Guo Z Y,Zh a ng X W,et a l.Res ea rc h o n s lo pe s a f et y wa rning ba s ed o n inc rement ra t io o f a nc h o r c a ble int erna l f o rc ed J.Safety and Environmental Engineering2023,30(3)：145-151,160.基于锚索内力增量比指标的边坡安全性预警研究陈冠琪1,郭昭赢1,张晓温2,李剑3*，郭建华3,陈隹衾3,4(1.中铁十一局集团有限公司第二工程公司，湖北十堰442013；2.中铁第四勘察设计院 集团有限公司，湖北武汉430070；3.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071；4.常州大学环境科学与工程学院，江苏常州213164)摘 要：预应力锚索作为主动加固手段，可提高边坡的稳定性。但公路边坡的锚固工程并非永久保障，随着岩土 体外部荷载以及内部结构的改变，边坡仍然存在失稳破坏的潜在风险。因此,边坡安全性预警研究对于防灾减灾 有着重要意义。以某实际预应力锚索加固边坡工程为例，采用数值仿真方式，通过建立边坡稳定性计算模型，得到 不同锚索初始预应力下锚索内力增量与边坡岩土体强度折减系数的关系曲线，并将边坡滑动面起始发育和滑动面 贯通分别对应的边坡岩土体强度折减系数九、缶对应的点作为边坡安全性预警点，建立以锚索内力增量比作为边 坡安全稳定状态的预警指标，提出了基于锚索内力增量比的边坡安全性预警方法和判别标准，该方法消除了锚索 初始预应力的影响，便于工程应用,并得到锚索内力增量比在不同阶段的边坡安全性预警阈值与锚索初始预应力 呈现出e指数关系，可用公式y=Ae表示，实际应用中可根据这一关系式实现不同锚索预应力加固边坡安全稳定 状态的预警。关键词：边坡安全性预警;预应力锚索;锚索内力增量比;安全系数中图分类号：X4；TU43 文章编号：1671-1556(2023)03-0145-07 收稿日期；2022-03-23DOI：10.13578/ki.issn.1671-1556.20220344 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Research o n Slo pe Safety Warning Based o n Increment Ratio o f Anch o r Cable Internal Fo rceCHEN Gua nqi1,GUO Zh a o ying1,ZHANG Xia o wen2,LI Jia n3*,GUO Jia nh ua3,CHEN Jia xin34(1.Sec o nd Eng ineering Co mpany o f Ch ina Railway Wth Bureau Gro up Co.9L td,Sh iyan 442000,Ch ina；2.Ch ina Railway Siyuan Surv e y and Desig n Gro up Co.丄td.9Wuh an 430070,Ch inas3.Ch inese Ac ad emy o f Sc ienc es,Institute o f Ro c k and So il Mec h anic s,Wuh an 430071,Ch ina；4.Sc h o o l o f Enviro nmental Sc ie nc e and Eng ineering 9 Ch ang zh o u University 9 Ch ang zh o u 213164,CAz na)Abst r ac t:Pres t res s e d a nc h o r c a bles c a n impro v e s lo pe s t a bilit y a s a n a c t iv e reinf o rc ement met h o d.Ho wev er,t h e a nc h o ring o f t h e s lo pe is no t a perma nent gua ra nt ee Th e s lo pe s t ill h a s t h e ris k o f ins t a bilit y a nd f a ilure due t o t h e c h a nge o f ext erna l lo a d a nd int erna l s t ruc t ure o f ro c k a nd s o il.Th eref o re,t h e ea rly wa rning res e a rc h o n s lo pe s t a bilit y is s ignif ic a nt f o r dis a s t er prev ent io n a nd mit iga t io n.Ta k ing a n a c t ua l s lo pe pro jec t a s a n exa mple,t h e rela t io ns h ip bet we en t h e int erna l f o rc e inc rement o f a nc h o r c a ble a nd t h e s lo pe s t rengt h reduc t io n c o ef f ic ient under dif f eren t pres t re s s is o bt a ined by es t a blis h ing t h e s lo pe c a lc ulat io n mo del t h ro ugh numeric a l s imula t io n.Th e po int s c o rres po nding t o Ai(s t re ngt h reduc t io n c o ef f ic ient a t t h e init ia l dev elo pment o f s lo pe s liding s urf a c e)a nd A2(s t re ngt h reduc t io n c o ef f ic ient a t t h e penet ra t io n o f s lo pe s liding s urf a c e)a re t a k en a s t h e ea rly wa rning po int s o f s lo pe s a f et y.Th e int erna l f o rc e inc rement rat io o f t h e a nc h o r c a ble is es t a blis h ed a s t h e ea rly wa rning index t o judge t h e s t a bilit y s t a t e o f a s lo pe.Th e基金项目：国家自然科学基金项目(51579236);国家自然科学基金青年基金项目(41702337);湖北省交通厅科技项目(2016-600-1-1)作者简介：陈冠琪(1975-)，男，高级工程师，主要从事铁路与市政工程建设方面的研究工作。E-ma il：510248969qq.c o m 通讯作者:李 剑(1983-)，男，博士，副研究员，主要从事土动力学与岩土工程稳定性方面的研究工作.E-mail：lijwh rs m.a c.c n146安冬与琢境工裡 ht t p:/水t aq.c bpt.c 第30卷s lo pe s a f e t y ea rly wa rning met h o d a nd c rit erio n a re pro po s e d Th is met h o d elimina t e s t h e inf luenc e o f t h e init ia l pres t res s o f a nc h o r c a ble a nd is c o nv e nient f o r engineering a pplic a t io ns.Th e res e a rc h a ls o s h o ws t h a t t h e ea rly wa rning t h res h o ld o f t h e int erna l f o rc e inc rement ra t io o f t h e a nc h o r c a ble a t dif f erent s t a ges h a s a n e-index rela t io ns h ip wit h t h e init ia l pres t res s o f t h e a nc h o r c a ble.Th e f o rmula y A e%c a n expres s t h e rela t io ns h ip,a nd t h e ea rly wa rning o f t h e s a f e t y a nd s t a bilit y o f t h e s lo pe reinf o rc ed by dif f erent a nc h o r c a bles c a n be rea lized ba s ed o n t h e rela t io ns h ip in pra c t ic a l engineeringKey wo r ds：s lo pe s a f et y wa rning；pres t re s s ed a nc h o r c a ble；int erna l f o rc e inc rement ra t io o f a nc h o r c a ble；s a f et y f a c t o r预应力锚索作为一种主动加固技术，对提高边 坡稳定性具有重要的作用。对于锚索加固后的边 坡，岩土体内应力状态改善，坡面变形受到限制，边 坡安全系数得以提高公路边坡的锚固工程并非 永久性保障，随着边坡岩土体外部荷载以及内部结 构的改变，边坡仍然存在失稳破坏的潜在风险阂。因此，边坡的安全性预警研究对于防灾减灾具有重 要的意义。边坡安全性预警，主要是通过探究坡体上特征 点的力学参量与边坡状态参量的对应变化规律，确 定边坡在不同安全稳定状态下的临界阈值，并根据 边坡失稳破坏的程度，得出边坡稳定性不同等级的 预警判据。工程界的学者们一直致力于边坡安全性 预警研究,建立了功能各异的边坡安全性预警模型，为边坡灾害防治提供了大量的依据。目前，边坡安 全稳定状态预警指标大多数还是以边坡变形为主，如吴树仁等以三峡库区为例，提出了滑坡空间预 测识别判据、滑坡状态预警判据和滑坡时间预报临 界判据的三层次滑坡预测预警判据；张旭等建立 了以高速公路边坡变形为指标的安全监控体系；李 聪等页通过对典型滑坡变形进行统计，将变形速率 作为边坡安全性预警判据；王超等旧以边坡位移与 边坡岩土体强度折减系数的关系曲线为基础，实现 了与施工进程相适应的边坡安全稳定状态实时仿真 分析和预测；王延平等刀对基于边坡位移监测曲线 特征的速度倒数法滑坡预警模型的可行性进行了验 证。边坡变形作为边坡滑动最直接的参数，作为边 坡安全稳定状态预警指标，据此建立边坡安全性预 警模型无疑是合理的时幻。但是，对于高安全等级 或边坡自身安全储备不足、需要支护结构的“复合边 坡”来讲,仅从边坡变形的角度对边坡