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原文传递框架锚杆加固黄土边坡的模型试验及数值模拟分析

论文题名：	框架锚杆加固黄土边坡的模型试验及数值模拟分析
关键词：	黄土边坡;框架锚杆;模型试验;数值模拟
摘要：	随着我国改革开放和西部大开发的进一步深化，西北地区的经济建设取得了快速的发展。交通运输业作为国民经济和社会发展的重要基石，也得到了大力发展。我国西北地区大部是黄土高原，面积广阔，且多为山区丘陵地貌，所以在工程建设中会不可避免的遇到边坡工程。因此，研究黄土地区路堑边坡在开挖过程中的变形规律、影响因素、稳定性及其加固方法，对于保持黄土边坡的稳定、推进西北地区的基础设施建设有着十分重要的意义。　　框架锚杆支护对于提高边坡稳定性和减小边坡变形的作用效果显著，且框架锚杆锚固具有制作简单、施工方便、工期短、成本低等优点，近年来，用框架锚杆来提高边坡稳定性，控制其侧向位移的方法被越来越多的运用到工程中。我国地理环境复杂，加之我国的框架锚杆锚固支护技术的发展时间还比较短，关于许多具体工况的施工方法还没有详细的规范指导。因此，本文参照某实际工程，通过室内模型试验，从不同锚固方式和不同布锚角度两个方面研究了黄土边坡的极限承载力、土体应力分布、边坡的滑动位移、锚杆的应力分布等有关参数。然后利用MIDAS/GTS NX有限元软件进行数值模拟，并与室内模型试验的结果进行比较，得出以下结论。本文的主要内容有: 　　(1)查阅资料，了解有关框架锚杆支护的研究现状，从理论研究方面、试验研究方面以及数值模拟研究方面对框架锚杆支护结构的作用机理及受力特征进行归纳总结。鉴于国内外学者对于黄土边坡工况下框架锚杆的作用机理的研究还比较少与框架锚杆支护技术在边坡锚固方面存在的问题，制定有关室内模型试验的方案，并提出本文研究的主要内容。　　(2)室内模型试验所用锚杆为直径8mm，长度为800mm的铁质螺杆。锚孔直径为25mm，灌注砂浆所用水泥为祁连山硅酸盐42.5号水泥，水灰比为0.45∶1，灰砂比为1∶1;所用填土为兰州黄土，并通过土工试验确定了土的最佳含水率、最大干密度以及粘聚力和内摩擦角等土体参数。通过模型试验，对未加固的、腰梁锚固和框架锚杆锚固的黄土边坡进行试验，对比分析不同坡顶荷载作用下坡体的位移、锚杆受力、框架梁的受力分布以及边坡的极限承载力等的变化规律，为今后的工程实践提供参考依据。　　(3)在一定的坡体密度和含水率条件下，以相同坡顶荷载进行了不同布锚角度情况下的室内锚杆拉拔试验。通过对比分析可知:锚杆的抗拔力随布锚角度的增加，呈现出先增大后减小的趋势，当锚杆俯斜40°布置时，抗拔力达到最大，即40°是最优锚固角。　　(4)单级边坡工况下，对边坡进行腰梁锚固下的承载力试验，探究不同腰梁锚固位置对边坡的支护效果。通过对试验结果对比分析可知，腰梁锚固位置从顶部至底部的变化过程中，边坡的极限承载力先增大后减小。当腰梁位于锚固边坡的1/2坡高处时，边坡的极限承载力最大，锚固效果最佳。通过对无支护、腰梁锚杆支护以及框架梁锚杆支护的效果进行对比分析，发现框架梁锚杆支护的效果最优。　　(5)利用Midas/GTS NX有限元软件，研究了边坡开挖过程中，不同锚固形式下的边坡稳定系数、坡顶沉降、坡体侧向位移以及土体的应力分布情况，分析了框架锚杆支护结构的作用机理和腰梁锚固支护的作用效果，得出的结论与室内模型试验变化趋势基本吻合，也验证了本文所建模型的正确性。研究成果可为类似黄土边坡加固提供参考。
作者：	刘振华
专业：	道路与铁道工程
导师：	马学宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文