第一章 绪论
1.1 研究背景
在地理位置上，东南面的环太平洋构造带和西北面的喜马拉雅构造带使我国成为一个多山的国家，使我国地处多个构造带。每年引发包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等在内的众多地质灾害。据统计，2010 年 1 月至 10 月，在全国发生14203 起地质灾害中，滑坡就有 10841 起，所占比例达到 76%。滑坡一般发生在山地、高原及丘陵地区，严重阻碍了山区社会经济的发展，使村庄、铁路、公路、房屋、矿山等面临巨大的安全隐患，人民的财产因此而蒙受巨大的损失。同时滑坡引发的次生灾害容易造成河道阻塞，使上游江河溢流或堵河成湖后溃决，从而引发洪水，在暴雨的作用下进一步发生泥石流，使破坏损失更加严重。例如：2004年 9 月 3 日~6 日，四川宜汉县发生特大暴雨灾害。由于这场暴雨覆盖面宽，强度大，持续时间长，95%以上的降雨形成地表径流，导致山洪暴发，全县发生大小滑坡 2000 多处，造成 22 人死亡、3 人失踪、200 余人受伤。其中天台乡义和村发生特大滑坡灾害，致使宽 1.5 公里、长 2.5 公里、厚 40 米，约 6500 万方米的山体下滑。1972 年 6 月 16~18 日，香港发生特大暴雨，18 日东九龙秀茂坪一约 40 米高的填土边坡突然下滑使位于坡脚下的安置区被淹没，71 人因此而死亡，60 人受伤；当天下午，位于港岛宝珊道上方的陡峭斜坡发生失稳破坏，一栋 5 层楼房和一栋15 层综合楼随之被摧毁，造成 47 人死亡。在这次暴雨中，共 250 人因泥石流灾害而丧生，这也成为了香港历史上最为严重的一次泥石流灾害。随着我国基础建设的快速发展，大量的边坡问题出现在水利、矿山、交通等工程中，边坡稳定性研究及其加固设计越来越受到重视。可见，研究滑坡的机理和加固方法具有重要的社会和科学价值。
1.2 边坡稳定性研究进展
人类研究边坡工程的历史已达 100 多年，20 世纪 20 年代的瑞典学者开始从滑坡现象来对边坡工程进行研究，1828 年~1945 年之间为滑坡研究的起步阶段，当时大多数国家只是研究小规模的滑坡稳定性，期间瑞典、前苏联、挪威发表了一些论文和著作[2]。1915 年瑞典人 Petterson 将浅滑体的安全系数描述成阻抗潜滑体绕滑弧圆心旋滑的力矩与滑体重量驱动旋滑的力矩之比，圆弧滑面分析法就是在此基础上提出的。早期的瑞典圆弧法只考虑土体的内摩擦力而忽略土体内部土条间的相互作用力。为了考虑滑面上的应力分布，1927 年瑞典人 Fellenius 首次提出了条分法，之后又有了 Bishop 法、Janbu[3]法、Morgenstern prince 法、Spencer 法[4]、Sarma[5]法和不平衡推力传递系数法等。这些分析方法的理论基础都是极限平衡理论，但在塑性分析中建立起来的极限平衡理论主要适用于均质各向同性体，而不适用于各向异性、非线性和非均匀性的岩土材料，造成其分析结果不准确。因此，近几十年来，各国研究人员在此基础上深入研究，分析了塑性理论中的Mises ，Tresca 屈服准则和岩土力学中的 Mohr-Coulomb 准则和 Drucker-Prager 准则，并提出了非线性各向异性准则，建立了复杂介质广义极限平衡理论。在工程实践应用中，1958 年出版了世界首部关于滑坡防治的专著——《滑坡与工程实践》，该书由美国公路局滑坡委员会组织编写，之后又出版了《滑坡分析与防治》。从理论和实践的角度对边坡工程进行阐述的《边坡工程手册》，该书由加拿大矿物与能源中心于 1977 年出版，为边坡工程的发展做出了重大的贡献。近年来，许多复杂高陡边坡的整治和预防预测问题相继出现在一些重大工程中，如长江三峡库区众多高边坡工程、云南元墨高速公路近百个高陡边坡的整治等。
20 世纪60 年代，边坡工程的防治有了进一步的发展，开始研究岩体结构特性和边坡的地质条件对边坡稳定性的影响。在此期间中科院地质研究所提出一种岩体结构理论及相应的岩体稳定性分析方法。该法很好的考虑了岩体中结构面尤其是软弱结构面对边边坡失稳破坏及边坡岩体变形的控制作用。
70 年代，我国对岩体工程地质力学的分析原理与方法有了进一步的研究，有了一些重大的成果。与此同时，边坡工程的加固、岩体力学特性及现场原位岩体力学实验的研究也取得了长足的发展。
80 年代后，工程地质学开始向定性定量发展，边坡科学研究也有了突破性的发展发展。随着现代力学、现代数字分析理论的更新及计算机技术的快速发展，诸如线弹性模拟、弹塑性模拟的边坡工程模拟技术得到了广泛的应用，之后还出现了粘-弹-塑性模拟、准大变形和运动过程的离散单元模拟及全过程模拟等。期间进一步了研究物理模拟技术，在基于相似理论的基础上取得了长足的发展。
第二章 边坡稳定性分析方法
自然生成的边坡或人工修建的边坡，在一定的应力和土体强度下边坡保持着平衡稳定的状态，当稳定所对应的外部条件发生改变时，可能使这种平衡被打破形成非平衡状态，从而出现滑坡灾害。为了对坡体进行安全性评价，人们建立了各种边坡稳定分析的方法。目前边坡稳定性分析方法划分为两类：确定性分析方法和不确定分析方法。确定性分析方法包括极限平衡分析法、数值分析法等；不确定分析方法包括模糊综合评价法、灰色系统评价法、可靠度评价法等。本章综述边坡病害的分类、边坡稳定性影响因素、边坡稳定性分析方法等。
第三章 预应力锚索抗滑桩加固有限元分析 ...........18
3.1 概述........................................18
3.2 有限元模型的建立............................19
3.3 预应力锚索抗滑桩有限元分析...................24
3.4 本章小结.....................................33
第四章 工程实例分析 .............................34
4.1 工程概况.....................................34
4.2 边坡工程设计.................................36
4.3 边坡静力作用下稳定性评价.....................37
4.4 预应力锚索抗滑桩加固边坡有限元分析...........41
4.5 本章小结............49
第五章 结论与展望 ......51
5.1 结论................51
5.2 展望................52
结论
随着人类社会的发展，在岩土工程领域中，边坡的稳定性分析和加固设计越来越得到人们的重视。本文首先介绍了边坡稳定性常规分析方法，然后结合实际工程——深圳南澳水头沙村平安宝昌永耀珠宝来料加工厂边坡治理工程来认识预应力锚索抗滑桩这种新型边坡加固结构。本文在已有的研究基础上，运用MIDAS-GTS 软件建立有限元模型来对边坡的稳定性进行分析，主要结论如下：
1. 锚索预应力值对抗滑桩的受力﹑位移影响很大，增大预应力可减小桩身位移。在工程中，在预应力的施加留有足够的安全储备的情况下，可合理的提高预应力值。
2. 增大桩体模量和截面尺寸都可以增大桩的抗弯刚度，限制桩的水平位移，有效的提高桩的抗滑力，在实际工程中应考虑工程造价因素，合理的选择抗滑桩的桩模量和截面尺寸。
3. 锚索的刚度对桩的内力和位移有很大的影响，增大锚索刚度，可减小桩身位移，降低应力集中程度，使应力分布更加均匀。因此在预应力锚索抗滑桩设计中建议采用高强度，低松弛的锚索。
4. 通过对工程实例的分析可知：
1）在三级放坡的情况下边坡的稳定安全系数为 1.62（瑞典条分法），1.701（Bishop 法），1.758（有限元强度折减法），三种方法的计算结果比较接近，放坡后处于稳定的状态，在施加抗滑桩、坡面锚杆、挡土墙后，边坡的安全系数进一步提高为 1.96。边坡达到了良好的加固效果，对类似边坡的稳定性分析、加固治理设计和施工具有一定的借鉴作用。
2）锚索抗滑桩对滑坡体具有稳固的作用，有效的控制了边坡位移，改善了桩的结构体系，使之由悬臂结构变为弹性剪支结构。桩的弯矩在滑裂面附近最大，在滑裂面附近和桩顶锚索固定处剪力达到极大值，应在滑裂面附近区域和锚固点处加强配筋。锚索的力学性能并未得到有利的发挥，锚索拉力的分布很不均匀，靠近滑裂面处的拉力很大，而锚索尾部的拉力却很小，建立采用高强度、低松弛的锚索，并应保留足够的强度储备。
参考文献:
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