压力型锚杆在动力作用下的应变响应特性

张妙芝,王小鹏,李青青

(1. 陕西铁路工程职业技术学院,陕西 渭南 714000；2. 宝鸡市勘察测绘院,陕西 宝鸡 721000)

0 引言

近些年来,由地震引发的边(滑)坡失稳案例频发[1]。为了保证地震区边(滑)坡的安全,学者们对边(滑)坡的支挡结构进行了大量的研究[2-3],但研究对象多以拉力型锚杆为主,压力型锚杆研究较少,因此,文中采用ABAQUS有限元软件模拟在地震作用下压力型锚杆的应变响应特性,其研究的结果为压力型锚杆支护边坡的抗震设计提供借鉴。

1 压力型锚杆支护边坡的数值模型建立

1.1 计算参数

模型材料物理力学参数见表1。数值计算时土体视为理想弹塑性材料,屈服准则采用Mohr-Coulomb(M-C)准则,锚杆、砂浆视为弹性材料。

表1 模型材料物理力学参数

1.2 有限元计算模型

模型滑床底部长2.05m,顶部长0.5m,宽1.5m,高1.3m；滑体顶部长0.25m,坡角为60°,滑坡的潜在滑面为圆弧状,采用压力型锚杆支护滑坡；锚杆孔径为25mm,杆体采用Φ6mm的钢筋,承载板厚度为20mm,砂浆强度为M30；锚杆共5行4列,竖向间距225mm,水平间距293mm,锚固段长450mm,倾角30°。因锚固滑坡模型具有对称性,数值模拟利用其对称性,截取其中的一半进行计算,建立的数值模型如图1所示。

图1 数值模型

2 地震荷载输入

地震波采用汶川波(2008年,代号W)单向水平输入,地震量级逐级加载,加载工况见表2。

表2 汶川波加载工况

3 压力型锚杆的应变响应特性

为了研究压力型锚杆在垂直方向上的应变响应特性,文中以第二列各层锚杆滑面处的应变峰值为例进行分析。图2给出了汶川波在0.1g、0.3g和0.6g作用下各滑面测点处的应变曲线。

图2 各排锚杆在滑面处的应变峰值

由图2可看出,地震作用下,不同高程处各滑面测点的应变差异较大；表现为：各排测点的应变自上而下呈“C”型分布,即顶排和底排锚杆的应变尤为突出；此外,随着地震波幅值的增大,顶、底排锚杆发挥的作用越来越明显,说明在强震作用下,坡顶和坡脚处的锚杆承担了大部分荷载,这与传统的边坡设计思想“强腰固脚”不同,顶部锚杆在强震作用下也将受到较大的力。建议在高烈度地区采用拟静力法设计锚杆加固边坡时,应考虑加大顶层和底层锚杆的轴力。

4 结论

(1)地震作用下,不同高程处各锚杆的应变差异较大,自上而下呈“C”型分布,顶排和底排锚杆的应变较大；

(2)建议在高烈度地区,采用拟静力法设计锚杆加固边坡时,应考虑加大顶层和底层锚杆的轴力。