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『簡體書』岩体边坡锚固结构体系安全性评价指标体系研究

書城自編碼： 4101959
分類：簡體書→大陸圖書→工業技術→矿业工程
作者： 夏鹏 著
國際書號(ISBN)： 9787576834130
出版社： 吉林大学出版社
出版日期： 2025-03-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开 釘裝： 平装

售價：HK$ 72.6

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內容簡介：
本书以锚固结构与岩体边坡组成的岩体边坡锚固结构体系作为研究对象，总结了岩体边坡锚固结构体系的特征。基于现场监测数据、勘察和设计资料、现场和室内试验，通过数值模拟法、群决策理论、模糊综合评价法、突变数学理论等方法研究了岩体边坡锚固结构体系安全性影响因素、多因素对于岩体边坡锚固结构体系安全性的影响规律，构建了锚固结构体系安全性评价的指标体系，提出了四种多参量岩体边坡锚固结构体系安全性评价方法。最后将多种安全性评价方法应用于某工程实例进行安全性评价，并且对评价结果和评价方法进行了对比分析。
關於作者：
夏鹏，男，中共党员，现就职于集美大学，讲师。毕业于中国地质大学工程学院土木工程专业，博士研究生学历，主要研究方向为岩土工程，地质灾害预测与防治。先后在 Journal of Earth Science、Scientific Reports、Bullelin of Engineering Geol- ogy and the Environment等期刊发表多篇论文，获国家发明专利授权5项，软件著作权6项。
目錄：
目?录
第 1 章　绪　论 // 001
1.1　研究的来源、目的和意义 // 001
1.2　国内外研究现状 // 004
1.3　存在的问题及发展趋势 // 017
1.4　主要研究内容，技术路线和创新点 // 018
第 2 章　岩体边坡锚固结构体系特征 // 022
2.1　水电工程岩体边坡锚固结构体系 // 022
2.2　锚固结构分类及失效形式 // 028
2.3　岩体边坡类型及失稳模式 // 032
第 3 章　岩体边坡锚固结构体系长期安全性
　　　　影响因素 // 036
3.1　岩体边坡锚固结构体系长期安全性影响因素研究数值模拟方案 // 036
3.2　边坡几何条件对岩体边坡锚固结构体系安全性的影响 // 044
3.3　水文气象及地震对岩体边坡锚固结构体系安全性的影响 // 048
3.4　岩体条件对岩体边坡锚固结构体系安全性的影响 // 059
3.5　锚固结构参数对岩体边坡锚固结构体系安全性的影响 // 074
3.6　本章小结 // 098
第 4 章　岩体边坡锚固结构体系长期安全性
　　　　评价指标体系 // 099
4.1　指标体系层次分析结构 // 099
4.2　指标筛选 // 102
4.3　分级标准 // 107
4.4　本章小结 // 126
第 5 章　工程案例 // 127
5.1　西南地区某水电工程水垫塘岩体边坡锚固结构体系基本特征 // 127
5.2　岩体边坡锚固结构体系长期安全性评价 // 140
第 6 章　结论与展望 // 146
6.1　结论 // 146
6.2　展望 // 147
参考文献 // 149
內容試閱：
1.1　研究的来源、目的和意义
岩土锚固是岩土工程领域的重要分支。在岩土工程中采用锚固技术，能充分发挥岩土工程的自身强度来提高岩土体的自稳能力。此外锚固技术还可以显著缩小结构物体积和减轻结构的自重，有效控制岩土工程的变形。在加固岩土结构、解决岩土工程复杂问题上具有明显的优势和效果（程良奎， 2005；唐均，2011；朱杰兵等， 2002），因此被广泛应用于各种工程领域（赵长海，2001；T.H.汉纳，1987；程良奎等， 2003）。锚索于 20世纪 70年代后期引入我国，从最初引入应用到如今，锚固结构的数量已经数以亿计，应用数量已跃居世界前列（曾宪明等， 2004）。
伴随着锚索的大量使用，锚索失效的案例也大量发生。国外应用预应力锚固结构较早，使用历史较久，因此发现的锚固失效案例较多。国际预应力协会（ International Federation of Prestressing，FIP）曾专门对比较重大的锚固失效案例进行过收集，共收集到 35例预应力锚杆（索）腐蚀破坏的实例（曾宪明等， 2004）。法国的大坝，高吨位的预应力锚索仅仅使用了几个月就发生了断裂（ Jungwirth，1995）。美国的一个单排锚索加固的挡土墙结构，在
5 a左右的时间内，先后有数根锚索发生断裂（杨启贵等， 2007）。瑞典北部
的 Grundfors水电站， 1995年施工了 118根预应力锚杆，运行不到三十年的
时间，就有一根预应力锚杆的杆体发生断裂，从锚孔高速射出而失效（ Jurell，
1985）。澳大利亚的 Bruce等人（ 1985）在对 9个煤矿的 50多根失效锚杆做
了系统的试验研究后，得出了应力腐蚀开裂导致岩锚过早失效破坏的结论。
A.Coyne于 1933—1934年在为加固舍尔法大坝所设计的 34根 10 000 kN级预
应力锚索中采用了防腐技术措施，但在 20年后对该坝进行检查时发现预应力
损失已达 9%（张誉等， 2003）。法国的 Cheurfas大坝在 20年后对所设计的
34根高应力锚索进行预应力检查，发现锚索预应力损失已接近 10%并且锚头
有较大松弛（黎慧珊， 2017）。英国普利茅斯的一家造船厂对在海水环境中工
作了近 22年的干船坞锚固件的工作性能进行了测试，结果显示大多数锚杆出
现了严重的性能恶化和工程病害（程良奎等， 2008）。巴基斯坦一个蓄能池工
程曾发生锚索自由段轻脆断裂，致使外锚头凌空飞起，险些造成事故。英国
南威尔斯 Afan河上单跨后张拉预应力混凝土桥由于桥面上的除冰盐沿着各纵
梁接缝处的渗入，使后张拉预应力筋遭受了严重的腐蚀而导致了整座桥的倒
塌（张志亮，2008）。
虽然锚杆技术在我国的应用较晚，但也发现了锚杆失效的实例。济南黄河大桥主跨锚索，采用铅皮套管压注水泥浆进行防腐，但在使用 15年后由于腐蚀被迫换索。广州海印桥采用 PE管压浆防腐工艺，锚索于 1997年发生断索事故，经检测证实是由应力腐蚀引起，因此仅使用 12年后就进行了全面换索。京珠高速粤境南段通车 2年后有两处边坡因锚固失效导致边坡滑塌失稳（李英勇， 2008）。石太高速客运专线锚索失效边坡失稳（王清标， 2016）。安徽梅山水库的预应力锚索在使用 6～8年，发现有 3根锚索的部分钢绞线因应
力腐蚀而断裂。我国某铜矿区使用的锚杆采用了普通硫酸盐水泥砂浆灌注，
2年后水泥砂浆即变得松散破碎，是锚固结构所处环境恶劣导致腐蚀（曾宪
明等， 2004）。据文献（贾明魁， 2005）统计，我国多个大型矿区发生了锚杆支护煤巷冒顶事故，该类事故伤亡次数与二级以上非伤亡事故数的比例高达 1∶19.3。2017 年 11月 4 日，淮南矿业集团有限公司潘三矿综采三队 1632
（3）工作面轨道巷发生锚索断裂事故，导致 1 人死亡，破坏了矿井的安全生产，并产生了较坏的社会影响（李志兵等， 2020）。晋煤集团寺河煤矿 2017年由于锚固支护失效发生了一起冒顶事故（孙志勇等， 2019）。
大量的预应力锚固工程实际破坏案例表明：
第一，预应力锚固工程并非“一劳永逸”，它的力学稳定性和化学稳定性
是变化的，必须考虑它的长期安全性。
第二，相比地上结构，岩土工程中的锚固结构有时所处环境更为恶劣，
更易发生腐蚀致使预应力锚固结构损伤失效，因此锚固结构的安全性更需予
以重视和深入研究。
第三，锚固工程的工作状态直接关系着岩土工程的稳定，边坡的锚固结
构发生失效破坏将会威胁锚固岩体的整体安全，引起边坡变形加剧、隧道围
岩松动、基坑位移过大、坝基出现裂缝等不良工程现象。
鉴于此，针对岩体边坡锚固结构体系，构建其安全性评价指标体系有着重要意义。本书以锚固结构与岩体边坡组成的岩体边坡锚固结构体系作为研究对象，基于现场监测数据、勘察和设计资料、现场和室内试验，通过统计分析、数值模拟法等方法研究了岩体边坡锚固结构体系的特征、多因素对于岩体边坡锚固结构体系长期安全性的影响规律，构建了锚固结构体系长期安全性评价的指标体系，最后将该安全性评价指标体系应用于西南地区某水电站岩体边坡锚固结构体系工程实例。研究成果能够为岩体边坡锚固结构体系的安全性状态的判断提供支持。
1.2　国内外研究现状
随着锚固结构在岩体边坡工程中的广泛使用，国内外学者对锚固结构和岩体边坡开展了丰富的研究，本书从预应力锚固理论研究、岩体边坡坡体结构特征研究和岩体边坡锚固结构体系安全性影响因素研究三个方面对既有研究进行了分析总结。
1.2.1　预应力锚固理论研究
1.加固机理研究

预应力锚固结构在不同的工程中起到的加固作用是不一样的，所以对锚
固结构的加固机理尚未形成统一认识。预应力锚固作用主要表现为可以为岩
土体主动提供支护力，从而改善岩土体的应力状态，可以有效提高结构面的
抗剪强度，使得被锚固的岩土体与锚固结构形成一个整体。与原来的岩土体
相比抵抗破坏的能力得到显著提升。目前预应力加固机理研究主要有如下
理论。
Oreste等（1997）提出了加固理论，认为由于预应力锚杆对围岩体施加了预应力增加了围岩体所承受的围压，使得岩土体进入三轴受力状态，从而使剪应力减小。与此同时预应力的施加不仅保持了岩土体的固有强度，控制了岩体强度恶化，可以充分发挥岩土体自身的承载力，还可以有效控制围岩破碎区、塑性区的发展，进而提高了围岩的稳定性。国内学者赖应得等（1994）也对该理论进行了深入的研究。他认为锚固支护结构与围岩一起发生相互作用和协调变形，在这个过程中杆体材料与岩土体之间存在能量交换，可以充分利用锚固支护结构的这个特点，使支护结构自动调整能量。王思敬


等（1987）院士提出了突破点理论，该理论认为岩土体整体破坏之前总是从一处或几处最先发生破坏，这些成为整个破坏发生的突破点。这些突破点又会影响它邻近的岩体产生新的破坏形成新突破点，由此不断发展最后引起整体的失稳破坏。预应力锚固结构可以通过施加预应力充分发挥岩体的自支撑能力，及时消除或者控制突破点，防止岩体失稳破坏的发生。
Freeman（1978）于 1978年提出了全长黏结锚固的中性点理论。东北大学王明恕等（ 1983）也提出了类似的中性点理论。该理论认为在同一个锚杆上剪应力的方向发生了变化，因此，必然存在一个剪应力为零的点，这个点就被称为“中性点”。该点剪应力最小，从中性点开始向两端剪应力逐渐增大。中国矿业大学董方庭等（ 1994）提出了松动圈支护理论，该理论认为：由于地下工程的开展，使得原有的应力平衡状态被打破，地应力大于围岩的强度使得围岩发生破坏，而且这种破坏将逐渐向围岩深部发展，最终会在围岩的一定深度范围内形成一个破裂带，被称为围岩松动圈。孙学毅（2004）提出了“岩壳效应机理”，在群锚加固的岩体表面，锚固墩附近会形成一个倒喇叭形状的压应力区，因为是群锚加固，就会在岩体表面形成无数个倒喇叭管状的压应力区，在岩土体的表层形成连续的不均匀分布压应力场。这些连续的压应力场相比于整个岩土体的厚度而言是非常薄的，因此被称为“岩壳效应”。增韧止裂机理（李宁等， 1997），因为预应力的存在，使得岩体中原来存在的初始裂隙再次闭合，裂缝尖端的应力集中得到了缓解。通过 Griffith理论对岩桥的抗剪能力进行分析，可知预应力的施加有效提高了岩体的抗剪能力，还使得加固区的节理闭合连通率降低，从而提高了节理岩体的抗剪强度。侯朝炯等（ 2000）在分析已有成果的基础上提出了围岩强度强化理论，认为锚杆和围岩相互作用形成了联合承载的加固围岩。锚杆的加入可以有效提高围岩的力学性能，使得峰值强度和峰后强度、残余强度均能得到提高（勾攀峰等， 2000）。Rabcewicz（1973）和 Lang等（1984）为代表的支撑理论认为锚杆能限制、约束围岩土体变形，并向围岩土体施加压力

 

 

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