从2023年注岩考试上午第16道案例题看平面滑动体锚杆支护计算乱象

文摘   2024-11-13 21:58   重庆  

2023年注岩考试上午第16道案例题是一道平面滑动体锚杆支护计算题,题目如下:

由于已经指明计算对象是局部不稳定岩石块体,执行规范是国标《边坡规范》2013版,解答该题应执行该规范第10.2.4条。

10.2.4  采用局部锚杆加固不稳定岩石块体时,锚杆承载力应符合下列规定:

KbGt - fGn - cA)≤∑Nakti+Nakni                   10.2.4

式中:A——滑动面面积(m2);

c——滑移面的粘聚力(kPa);

f——滑动面上的摩擦系数;

GtGn——分别为不稳定块体自重在平行和垂直于滑面方向的分力(kN);

NaktiNakni——单根锚杆轴向拉力在抗滑方向和垂直于滑动面方向上的分力(kN);

Kb——锚杆钢筋抗拉安全系数,按本规范第8.2.2条规定取值。

由此算得结果为385kN。

上式中,GfGcA是不稳定块体在不计稳定安全系数时的剩余滑动力。

这种利用在不计稳定安全系数时的剩余滑动力进行锚杆支护计算的方式在国标《地基规范》2011版中也存在,国标《地基规范》2011版第6.8.3条规定:“对单结构面外倾边坡作用在支挡结构上的推力,可根据楔体平衡法进行计算,兵营绿结构面充填物的性质及其浸水后的变化。具有两组或多组结构面的较小倾向于临空面的边坡,可采用棱形体分割法计算棱体的下滑力。”这条规定虽然写得比较笼统,但相应条文说明已经表明锚杆计算用的是在不计稳定安全系数时的剩余滑动力,只是针对不同支护结构如何利用这个力没有规定。

国标《地基规范》2011版的这条规定并没有限用于局部块体。这种做法是合理的。确实没有必要区分局部和整体,搞出两套不同的东西,因为:就平面滑动而言,局部块体和整体的区别仅是局部块体滑面位置乃至空间形态明确而已,如果局部块体滑面在坡脚出露,则局部块体与整体就完全是一回事了。

同样是平面滑动体的锚杆支护,国标《边坡规范》2013版对整体的做法却是不同的。该规范第10.2.1条 规定:

10.2.1  采用锚喷支护的岩质边坡整体稳定性计算应符合下列规定:

1  岩石侧压力分布可按本规范第9.2.5条的规定;

2  锚杆轴向拉力可按下式计算:

                                   10.2.1

式中:Nak——锚杆所受轴向拉力(kN);

sxjsyj——锚杆的水平、垂直间距(m);

eah——相应于作用的标准组合时侧向岩石压力水平分力修正值;

——锚杆倾角(度)。

锚喷支护中的喷层不能视为挡墙,锚喷支护不是锚杆挡墙,是带喷层的系统锚杆支护。根据该条,计算中用的力已经不是在不计稳定安全系数时的剩余滑动力,而是主动岩石压力水平分力。这种计算方法有个特殊而突出的问题:连挡墙都没有,哪来主动岩石压力呢?

如果执行《铁路路基支挡结构设计规范》2019版,应按第12.2.3条计算:

其中,F根据传递系数法之滑动力调整法算得。

如果执行《公路路基设计规范》2015版,应按第5.5.4条计算:

其中,E根据传递系数法之抗滑力调整法算得。

如果执行《公路滑坡防治设计规范》2018版,应按第7.5.4条计算:

其中,E根据传递系数法之滑动力调整法算得。

上述计算方法各不相同,但都是错误的,共同的错误是按计算所得锚固力不是使边坡或滑坡稳定系数等于稳定安全系数所需锚固力。其中,根据国标《边坡规范》2013版两种方法和《公路路基设计规范》2015版算得的锚固力均小于使边坡或滑坡稳定系数等于稳定安全系数所需锚固力,根据国标《边坡规范》2013版两种方法算得的锚固力还在边坡或滑坡稳定系数大于或等于1而小于稳定安全系数时为0;由铁路规范和《公路滑坡防治设计规范》2018版算得的锚固力大使边坡或滑坡稳定系数等于稳定安全系数所需锚固力,也就是说,当施加的锚固力小于计算结果时,也存在使边坡或滑坡稳定系数等于稳定安全系数的情况。

注岩考试应该有助于岩土工程师分析问题和解决问题能力的提高,不能把岩土工程师带偏,因此,在平面滑动体锚杆支护计算方面出题不应要求执行上述规范,否则,未来的注册岩土工程师在实际工程和规范编制中延续上述错误做法的可能性会增大很多。

抗滑支挡结构岩土荷载计算或者说所需抗滑支挡力计算应采用按稳定性公式反算法,笔者于2007年提出的按稳定性公式反算法对各种坡形、各种滑面形态、各种支挡结构、各种岩性的滑坡和边坡都适用。

平面滑动体的稳定性计算公式不存在选择问题,是唯一的,因此,对平面滑动体,只要稳定安全系数确定,所需锚固力就有唯一值。按稳定性公式反算法,所需锚固力公式相当于将《公路路基设计规范》2015版(5.5.4)式分母中的内摩擦系数除以滑坡或边坡稳定安全系数(注意:分子中的剩余滑动力是按传递系数法之抗滑力调整法算得的)。

如果注岩考试想出这类题,只能执行《锚喷规范》2015版第8.2.3条。该条公式是施加所需锚固力后的滑坡或边坡稳定性计算公式,由此式计算出的锚固力就是按稳定性公式反算法算得的所需抗滑锚固力。

不过,对实际工程而言,执行该规范存在一个问题:所需抗滑锚固力算出后,锚杆设计计算所用抗拉抗拔安全系数与洞室、基础工程等其他工程中的相同,而滑坡或边坡稳定安全系数又与各行业滑坡边坡治理设计类规范不同,因而不便在不同行业中应用。比较合理的做法是,在锚喷规范中,边坡稳定安全系数不另外给出,但因为算得的所需锚固力是随滑坡边坡稳定安全系数增大的,其反力应视为荷载设计值,故在锚杆设计计算中,把锚杆抗拉抗拔安全系数适当降低,例如将原有抗拉抗拔安全系数除以1.2。

关于按稳定性公式反算法的详情,见《边坡规范修改建议》一书。




玉述岩土
关于岩土研究的文章发表
 最新文章