框架锚索支护结构加固边坡的抗震性能与锚固力密切相关,而决定锚固力量值大小的因素为锚索-锚固体材料间的黏结力和锚固体-岩土层间的黏结力,一般认为前者大于后者[10],因此模型试验时需确定锚固体与岩土体之间的黏结材料。试验边坡锚索设计锚固力为50N,若采用水泥砂浆作为黏结材料,存在极限抗拔力远大于设计值的现象而造成锚索框架梁加固边坡体在地震过程中足够稳定而无变形,试验产生失真。振动台模型试验前首先进行黏结材料选取试验,具体见图3.3所示,结果表明取基岩材料作黏结剂人工捣固30~50次即可提供100~150 N的极限抗拔力,与设计值同一量级,满足要求。试验用锚索材料应具有一定的抗拉刚度和柔性,试验前初步选定3 mm厚的PVC透明塑料、5 mm×1 mm和5 mm×0.3 mm(宽×厚)的Q235铁片三种材料进行对比分析,通过测量其拉伸变形[图 3.4(a)]最终确定采用5 mm×0.3 mm的Q235铁片来模拟锚索。锚固体材料选用水泥砂浆,制作完成后的试验用锚固体见图3.4(b)所示。

图3.3 黏结材料选取试验

图3.4 试验用锚索筋材选取试验
模型边坡高1.2 m,坡面角度为53°,根据边坡体内部结构面和岩土体物理力学性质差异将其分为潜在滑体、软弱夹层和基岩三部分,具体见图3.5所示。其中,基岩材料采用河砂、石膏、水、黏土、重晶石粉按质量比5∶2.5∶1.4∶3∶4配制而成,基岩面与水平面夹角为33°,基岩采用分层(层厚20 cm)人工夯实填筑,具体见图3.6所示,夯实遍数按密度控制,并在填筑到锚固体设计位置时埋设PVC管,以便边坡垒筑完成后锚索支护措施的安装,具体见图3.7所示;软弱夹层的垂直厚度为10 cm,相似材料选用细砂;上部潜在滑体具有表层破碎、岩块间黏结强度低的特点,相似材料选用碎石和膨润土混合制成。模型试验中边坡各部分的物理力学参数由室内土工试验测得,具体见表3.2所示。

图3.5 模型边坡组分

图3.6 边坡填筑施工

图3.7 锚索预留孔洞 (https://www.xing528.com)
表3.2 模型材料物理力学参数

框架梁采用水泥砂浆制成,水平向横梁和竖向纵梁的截面尺寸均为3 cm×2 cm,间距分别均为30 cm和38 cm,制作完成后的框架梁见图3.8所示。在边坡体制作完成后,拔出埋设在坡体内的PVC管,将锚固体直接植入基岩,并利用人工捣固实现设计锚固力,然后安装框架梁,框架梁结构安装就位的示意见图3.9所示,最后人工张拉锚索自由端至设计锚固力,锁定。预应力施加过程及锁定后的时程曲线见图3.10所示,制作完成后的模型全貌见图3.11所示。

图3.8 框架梁

图3.9 框架梁安装

图3.10 预应力加载过程及锁定后时程曲线

图3.11 制作完成后的模型全貌
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