文档介绍：原文:Evaluation of the stability of anchor-reinforced
Slopes
译文:

预应力锚杆斜坡稳定性评价
1摘要:
传统的片层法是常用的边坡稳定性分析法。当锚杆负荷时,荷载往往被视为点荷载,这可能导致正应力的分布在潜在滑动面的突然变化。这种突然变化是不合理的,并不能反映实际,而基于极限平衡原理提出的预应力锚杆斜坡稳定性法就是其中一个替代方法。这种做法中,正应力在传统计算上先分布在滑动面上而后作用在锚杆上(如,σ0),而严格的方法中,滑动面上的正压力单纯是由锚杆荷载所引起(如,λp σp,这里的λp是荷载因子)并将它作为弹性分析的应力使其分布在一个无限逼近几何边坡,同时也作为锚杆荷载作用下的顶点。然后,对滑移面上的正应力又做出预应力锚杆边坡假定,这些正应力又引起了两个未知量,η1和η2的线性组合,也就是σ= η1σ0 + η2 λp σp。联立解出了水平力,垂直力,和弯矩平衡方程中的滑动体引出的安全系数(Fs)和负载因子(λp),前提是如果所需的安全系数是指定的。与其他的的合理和优越的方法相比,传统的步骤会以两个例子说明。该程序可以很容易适用于设计边坡或滑坡治理的钢锚杆或预应力锚索,以及土钉或混凝土防泥层。
关键词:边坡,安全系数,锚,极限平衡法。
2介绍
锚与土钉常用于稳定潜在不稳定斜坡。锚荷载,不仅直接提供力和(或)抵抗矩使边坡趋于稳定,也提高沿滑面的抗剪强度(Hobst and Zajic 1983; Bromhead 1994)。评价边坡稳定性,涉及包括锚荷载,锚的稳定措施的设计,这些是非常重要的。
片层极限平衡法已被广泛用于自然和建造的斜坡的安全系数的计算(邓肯1996年)。常用的方法包括瑞典条分法(1936),毕肖普法(1955),Morgen-stern and Price法(1965),Spencer法(1967)和Janbu法(1973)。原则上,上述传统的片层法可应用于锚荷载或其他类型的斜坡上的集中力。对于集中力,最直截了当的处理方法是将他们作为外部力作用于相应的片层(Hutchinson 1977; Fredlund and Krahn 1977; Zhu et al. 2001)。然而,这样的处理会导致正应力在片层上不合理的突然增加(Krahn 2003)。这意味着锚杆荷载的贡献抗剪强度的增加仅与该部分滑面的抗剪强度相关,这些将在本文后面提及。然而,这显然是不合理的,从理论和实践两点来看,作为锚引起的滑动面的正应力不会集中在一个狭窄段。因此,问题就在于直接使用锚加固边坡稳定分析的常规切片
法是否具有合理性。
尽管有上述限制,切片法被普遍接受的作为一个可靠的边坡稳定性分析工具,因为他们已经发现并给出近似的安全系数(15%的公差内),只要他们满足整个滑坡体的完整的平衡条件。片层法常用的严格的方法一般假设条间力的倾角是连续分布的(通常是相当平滑的)(Morgenstern and Price 1965; Spencer 1967),或持续整个滑坡体(Janbu1973)推力线的位置,从而引起沿滑面正应力的连续分布。这些假设的连续性,近似的反映这些斜坡在重力作用,孔隙水压力和地震力作用下的实际特性。然而,当边坡在地面集中荷载作用时,条间力的倾角(幅度)和推力线的位置使整个滑体不再连续,但正常的应力沿滑面的分布应该仍然保持不变。因此,如果传统的假设是在这种情况下进行,则由此产生的条间力和正应力的滑移面会反转,与现实相悖。为了克服这种常规方法固有缺点,我们提出一个基于连续滑面正应力分布的假设作为替代。在锚杆荷载作用前,对滑动面那些片层上的正应力(例如,the Morgenstern– Price方法或Spencer方法)应严格的按传统方法计算。锚杆荷载引起的正应力近似的以一个弹性的方法解决。这两部分的线性组合构成了预应力锚杆边坡的滑面正应力分布。求解完整的平衡方程所得的解为滑体产生给定锚杆荷载时所需的边坡稳定安全系数或指定的锚杆荷载的安全系数。
3基本公式
如图1a所示是一个具有锚杆荷载(λ p P3, λ p P2,,λ p为荷载系数)的一个典型的斜坡。对于一般情况,滑面是任意形状。在除了锚杆荷载外,还有坡体的自重(γ)水平地震力(kcγ)和孔隙水压力U(未在图中所示)。当没有锚杆荷载的作用时,安全系数可以使用任何适用于一般形滑动面片的方法计算。enstern–Price法(Morgenstern and Price 1965), 作为额外的计算结果,我们可以得到正应力(σ0,即总应力)分布。在锚杆荷载作用反应下,引起一个额外的沿滑动面的正应力分布(λpσp)。考虑一个单一的锚杆荷载,P作用在斜坡上的点(XP,YP)与水平面的夹角为i