2024年注岩考试上午第16道案例题的讨论

文摘   2024-11-11 17:15   重庆  

2024年注岩考试上午第16道案例题是一道用预应力锚索治理滑坡的计算题,题目如下:

如果该题求解严格执行《铁路路基支挡结构设计规范》2019版,那么需具体执行该规范第12.2.3条和第12.2.4条。

                      

根据(12.2.4)式,要求得锚索钢绞线束数最小值,需求得锚索轴力最小值。根据(12.2.3)式,在单孔锚索范围剩余滑动力可由每延米剩余滑动力求得(为400kN)的情况下,要求得锚索轴力最小值,需求得分母最大值,即求得

的最大值,式中,x为锚索倾角。

该式可化简为。由此可知,满足该式为最大值的条件是锚索倾角取-11.58度。根据地12.2.3条对锚索倾角的构造要求(一般下倾10度~30度),故锚索倾角取10度。

将此代入(12.2.3)式,求得锚索轴力为431.73kN。由此根据(12.2.4)式算得钢绞线束数最小值为3.51。故选择B选项。

对这个结果进行如下讨论:

(1)该规范对锚索倾角并没有规定过死(这是对的),不完全禁止锚索倾角小于10度的选择。如果锚索倾角选择小于10度,那么,钢绞线束数最小值就可能小于3.50。这个结果最接近A选项,故选择A。因此,如果非出这类题不可,那么最好明确锚索倾角的取值范围,不然就有可能造成多解。

(2)单纯从考题来说,是可以问钢绞线束数最小值最接近哪个选项,而不论这个最小值是大于该选项还是小于该选项。但这样做对实际工程来说是不可取的。当遇到钢绞线束数计算结果为两个相邻自然数之间但离较大自然数较远时,先要考虑锚索布置的调整,以使得钢绞线束数计算结果离较大自然数很近。如果条件不允许调整,钢绞线束数便只能取较大自然数而非较小自然数,否则锚索轴向抗拉安全系数没有得到满足。考题是可以做简略的,但还是要尽量接近实际,以避免误导。

重要的是,《铁路路基支挡结构设计规范》2019版不能用于锚索治理滑坡的计算。

(1)(12.2.3)式中的法向压力不应有单独的折减系数。锚索对滑面的法向压力来自锚索轴向力,是锚索轴向力的两个分力之一。如果仅对滑面法向应力进行折减,那么,滑面切向力和折减后的滑面法向压力将不等于轴向力,也不等于轴向力与同一个折减系数的乘积,因而违反了力的分解和合成原理。如果考虑到土质或松散破碎的岩质滑体自身变形导致法向压力没有计算值那么大,那么,根源在于滑体自身变形导致锚索轴向力变小。因此,如果要折减的话,那么被折减的应是锚索轴向力。实现锚索轴向力的折减,只需调整锚索的安全系数。

(2)在不计法向力折减系数的情况下,(12.2.3)式是根据传递系数法之滑动力调整法得到的单孔锚索范围剩余滑动力与锚索轴向力的关系式,其中的单孔锚索范围剩余滑动力是由每延米剩余滑动力求得的。传递系数法之滑动力调整法公式出现在《铁路路基支挡结构设计规范》2019版第13.2.3条。

但传递系数法之滑动力调整法是根本错误的条分法,因它仅对条块重力中的一个分力(即平行滑面的分力)乘了稳定系数,滑面法向力和乘了稳定系数后的滑面切向力将不等于条块重力,也不等于条块重力与稳定系数的乘积,因而违反了力的分解和合成原理。不满足力的分解和合成原理使传递系数法徒有极限平衡条分法之名,而不具有力平衡的意义。

如果坚持采用传递系数法,那边应当选择传递系数法之抗滑力调整法,此时,(12.2.3)式将变成下式:

         (1)

式中,剩余滑动力(即滑坡推力)由下式计算:

/K/K     (2)

/K   (3)

如果考题中的滑面是直线形(此时由传递系数法之抗滑力调整法算得的剩余滑动力是滑动力调整法的1/K),那么,在不计法向力折减系数的情况下,按(1)~(3)式计算的结果是2.59,故选择A选项而非B。

(3)利用剩余滑动力计算锚索轴向力仅对锚索的锚点均布置于最末条块的情形是正确的,因为锚点分布在不同条块上的锚索轴向力计算不能共用一个剩余滑动力。第12.2.3条对剩余滑动力的应用不加限制,即允许将剩余滑动力用于锚点分布在不同条块上的锚索轴向力计算,是不正确的。

(4)锚索轴向力计算时所用滑面倾角不应是与锚索相交处的滑面倾角而应是锚点所在条块底面倾角。

锚索通过位于滑面以下的锚固段发挥支护作用只是锚索发挥支护作用的一个特点,设想在锚索外端用千斤顶对坡体施加一个方向为锚索轴向、大小与锚固力相同的力,效果是一样的。

当对近直立边坡采用锚索挡墙进行抗滑支护时,多排锚索外端位于同一个条块,它们共同承担由立柱传递过来的荷载。在进行锚索计算时,各排锚索是按立柱上的荷载分布形式和锚索间距来分担荷载的,虽然各排锚索所穿过的滑面之倾角互不相同。当立柱上的荷载分布视为均布且锚索间距、锚索倾角均相同时,各排锚索承担的轴向荷载是相等的,也就是说,各排所需锚固力是相等的,与各锚索与滑面相交处的滑面倾角没有关系。

根据上述,《铁路路基支挡结构设计规范》2019版不仅不能用于锚索治理滑坡的计算,其涉及传递系数法之滑动力调整法的规定也不能用于其他支挡形式的设计计算。

抗滑支挡结构岩土荷载计算不是只有传递系数法(之抗滑力调整法)可用,只要采用按稳定性公式反算法,可以借助任何认为合适的条分法进行抗滑支挡结构岩土荷载计算。详见《边坡规范修改建议》一书。


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