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考虑时效特性的锚固岩质边坡变形可靠度分析

原文作者:
  蒋水华,彭 铭,李典庆,张利民,周创兵
发布时间:
  2014-08-14
来    源:
  武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室
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摘要:提出基于非侵入式随机有限元法的岩质边坡变形可靠度分析方法。建立考虑腐蚀效应的锚杆锚固力随服役时间变化模型。给出边坡变形可靠度分析非侵入式随机有限元法的计算步骤。研究锚固边坡变形失效概率与最大允许变形值之间的关系,并基于参数敏感性分析提出边坡最大允许变形取值方法。以锚固岩质边坡为例,证明所提方法的有效性。结果表明:非侵入式随机有限元方法为考虑时效特性的边坡变形可靠度分析提供一条有效的途径。随着锚杆服役时间增加,锚杆腐蚀作用对锚固边坡变形可靠度的影响越明显。考虑时效特性的边坡变形失效概率常用对数f lg p 与边坡最大允许变形值间存在近似线性关系,而且随着边坡可靠度水平增加,该线性关系表现得越明显。
引言
    水利水电工程高边坡在服役过程中,由于工程设计及施工质量问题、或是运行控制不当等原因,如果高、陡边坡锚固系统在服役过程中发生性能劣化、结构老化,就会引起边坡变形加剧,稳定性条件恶化,甚至发生边坡失稳破坏,危及大坝及其他枢纽建筑物安全,延误工期、丧失枢纽功能。严重时诱发大坝溃决,造成库水漫顶、下游淹没、河道堵塞,引起环境灾害和人员伤亡等重大工程事故。在大量工程实践中,研究人员发现锚杆(索)失效和破坏的主要原因是钢筋和钢绞线等材料遭受应力腐蚀作用[1]。虽然锚杆(索)在施工过程中采用了居中支架,注浆液中掺入防腐剂等防腐技术措施,但是由于边坡工程运行环境恶劣,如地下水丰富且常含有大量对金属具有较强腐蚀性的侵蚀性物质(氯离子、硫酸根离子等),在长期应力腐蚀作用下,锚杆(索)的预应力会降低,导致边坡变形逐渐加剧,当变形量达到一定程度时,就会造成边坡失稳。由于锚杆(索)腐蚀导致锚固系统性能劣化和失效事故时有发生,如,2010 年4 月25 日,因锚固系统失效造成的台湾基隆滑坡就是典型的案例。因此,有必要研究锚杆(索)腐蚀作用对边坡安全性能的影响。目前对锚杆(索)腐蚀作用下岩土结构物安全已有一些研究成果,如彭衡和和邱贤辉[2]基于锚杆长期腐蚀作用下边坡变形监测数据,评价了边坡稳定性;T. L.Chau 等[3]通过数值模拟,研究了锚杆钢筋腐蚀作用对锚固挡土墙长期变形特征的影响。
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