一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法

技术领域

本发明涉及一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，属于地质工程、岩土工程及水利水电工程技术领域。

背景技术

近年来我国经济建设飞速发展，随着对能源需求、交通及水利水电工程发展需求的增加，一大批重要基础设施需要建设完善，尤其是水利水电工程，与其相对应的水电站水库库区的岸坡安全稳定性问题也日益突出。特别是在西南地区复杂地质条件下，考虑倾倒变形岩体边坡的稳定性的影响变得尤为重要。

现有技术中经常分级削坡的方式来处理倾倒变形岩体边坡，增强边坡的稳定性，但是水库库区倾倒变形岩体削坡后会继续发育产生拉裂变形和垮塌，仍然存在破坏风险，这就需要进一步进行倾倒变形岩体边坡的支护处理，其中考虑锚杆锚索进行锚固支护更加适用，因而针对软硬互层倾倒变形岩体边坡的锚杆锚固支护效应需要进一步展开研究，现有技术中缺少对于软硬互层倾倒变形岩体锚固效应的研究方法，无法确定不同角度的锚杆在变形岩体中的锚固效应，影响装置的实用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，解决现有技术中缺少对于软硬互层倾倒变形岩体锚固效应的研究方法，无法确定不同角度的锚杆在变形岩体中的锚固效应的问题。

为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，包括以下步骤：

采集软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例；

根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例制作若干个岩层块体模型；

将若干个岩层块体模型按照软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层顺序排列组合，粘结形成软硬互层倾倒变形岩体边坡模型；

根据预设的软硬互层倾倒变形岩体边坡支护设计确定软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的钻孔位置，根据确定的钻孔位置对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行钻孔，在对应的钻孔内安装模拟锚杆；

根据预设的实验设计对软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级加载，模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程，记录软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的破坏进程，以完成软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的锚固效应实验。

进一步的，所述根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例制作若干个岩层块体模型包括：

根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例，选定对应模具；

将原料倒入所述模具中进行定型；

将所述模具内原料中包含的气泡震出；

当软硬互层倾倒变形岩体边坡模型在所述模具内定型并达到实验强度后，将软硬互层倾倒变形岩体边坡模型脱模取出；其中，所述岩层块体模型包括软岩层块体模型和硬岩层块体模型，所述软硬互层倾倒变形岩体边坡模型中的软岩层块体模型和硬岩层块体模型间隔设置。

进一步的，所述选定对应模具还包括：将光滑油纸铺设于所述选定的模具内部。

进一步的，所述原料包括水泥、沙子和石膏。

进一步的，所述根据确定的钻孔位置对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行钻孔包括：

采用第一钻杆在软硬互层倾倒变形岩体边坡模型确定的钻孔位置进行钻孔工作；

采用第二钻杆在软硬互层倾倒变形岩体边坡模型确定的钻孔位置进行扩孔工作；其中，所述第一钻杆的直径小于所述第二钻杆。

进一步的，所述根据预设的实验设计对软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级加载，模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程，记录软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的破坏进程包括：

步骤a：对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型用分级加压的方式施加水平外荷载，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型出现裂缝，出现压力释放现象；

步骤b：停止对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的加压工作，记录裂缝出现时的压力值；

步骤c：记录压力释放稳定后的压力值，继续对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行加压；

步骤d：重复步骤a、b和c，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏。

进一步的，所述步骤还包括：

在各个岩层块体模型外壁设置多个位移监测点；

对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型用分级加压的方式施加水平外荷载；

记录多个位移监测点的位置变化，以获取各个岩层块体模型的弯折角度变化。

进一步的，所述在对应的钻孔内安装模拟锚杆包括：

在所述钻孔内注入锚杆固化剂；

将锚杆安装至对应的所述钻孔内进行固定。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、该软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，根据软硬互层倾倒变形岩体边坡相间的结构特征预制岩层块体模型及排列组合模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡的软硬厚度比；根据软硬互层倾倒变形岩体边坡模型情况确定锚固位置，打孔模拟锚杆施工；设置多个锚杆锚固角度模拟研究锚固效应；通过预设的实验设计，采用分级加载方式模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏特征，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏，分析各阶段破坏现象及结果得到不同锚固角度的锚固效应；本发明实现了对软硬互层倾倒变形岩体边坡锚固支护效应的研究，能够为软硬互层倾倒变形体边坡工程的支护措施和方案研究提供有效参考，同时便于确定不同角度的锚杆在变形岩体中的锚固效应；

2、该软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，通过预制岩层块体模型实现了软硬互层倾倒变形岩体边坡不同强度的组合模拟，更真实反演模拟现场软硬互层倾倒变形岩体边坡的发育状态；

3、该软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，实现各种设计尺度的软硬互层倾倒变形岩体边坡的模拟研究，岩层块体模型制作简单，实验效果明显；

4、该软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，采用加载装置进行分级加载，模拟了软硬互层倾倒变形体边坡的自重及受到工程扰动后的变形破坏状态，使得模型受力情况更加真实，提高了实验精确度。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的主视结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的侧视结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型锚杆为15°时的主视剖面示意图；

图5是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型锚杆为25°时的主视剖面示意图；

图6是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型锚杆为35°时的主视剖面示意图；

图7是根据本发明实施例提供的软硬互层倾倒变形岩体边坡模型锚杆为45°时的主视剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-3所示，本发明提供了一种软硬互层倾倒变形岩体锚固效应实验研究方法，包括以下步骤：

采集软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例；

根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例制作若干个岩层块体模型；

将若干个岩层块体模型按照软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层顺序排列组合，粘结形成软硬互层倾倒变形岩体边坡模型；

根据预设的软硬互层倾倒变形岩体边坡支护设计确定软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的钻孔位置，根据确定的钻孔位置对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行钻孔，在对应的钻孔内安装模拟锚杆；

根据预设的实验设计对软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级加载，模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程，记录软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的破坏进程，以完成软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的锚固效应实验。

本发明根据软硬互层倾倒变形岩体边坡相间的结构特征预制岩层块体模型及排列组合模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡的软硬厚度比；根据软硬互层倾倒变形岩体边坡模型情况确定锚固位置，打孔模拟锚杆施工；设置多个锚杆锚固角度模拟研究锚固效应；通过预设的实验设计，采用分级加载方式模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏特征，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏，分析各阶段破坏现象及结果得到不同锚固角度的锚固效应；本发明实现了对软硬互层倾倒变形岩体边坡锚固支护效应的研究，能够为软硬互层倾倒变形体边坡工程的支护措施和方案研究提供有效参考，同时便于确定不同角度的锚杆在变形岩体中的锚固效应。

一种实施例，所述根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例制作若干个岩层块体模型包括：

根据软硬互层倾倒变形岩体边坡的岩层平均厚度及软硬岩层的比例，选定对应模具；

将原料倒入所述模具中进行定型；

通过震动棒将所述模具内原料中包含的气泡震出，使得软硬互层倾倒变形岩体边坡模型更加均质，使得软硬互层倾倒变形岩体边坡模型在加载后受力均匀；

当软硬互层倾倒变形岩体边坡模型在所述模具内定型并达到实验强度后，将软硬互层倾倒变形岩体边坡模型脱模取出；其中，所述岩层块体模型包括软岩层块体模型和硬岩层块体模型，所述软硬互层倾倒变形岩体边坡模型中的软岩层块体模型和硬岩层块体模型间隔设置。

具体地，软硬互层倾倒变形岩体边坡模型通过8块高度10cm～45cm(每块高差5cm)宽20cm、厚5cm的岩层块体模型组合粘结而成，其中高度45cm的岩层块体模型厚度为10cm，以保证锚杆能够完全锚固在岩层块体模型中；其中，实验强度为变质砂岩的强度和板岩的强度。

一种实施例，所述选定对应模具还包括：将光滑油纸铺设于所述选定的模具内部，便于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的接触面平滑及方便脱模；可选的，所述原料包括水泥、沙子和石膏；根据实际的工作需要，调整原料中水泥、沙子和石膏比例，使得软岩层块体模型的强度接近变质砂岩，使得硬岩层块体模型的强度接近板岩。

一种实施例，所述根据确定的钻孔位置对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行钻孔包括：

采用第一钻杆在软硬互层倾倒变形岩体边坡模型确定的钻孔位置进行钻孔工作；

采用第二钻杆在软硬互层倾倒变形岩体边坡模型确定的钻孔位置进行扩孔工作；其中，所述第一钻杆的直径小于所述第二钻杆。

所述在对应的钻孔内安装模拟锚杆包括：

在所述钻孔内注入锚杆固化剂；

将锚杆安装至对应的所述钻孔内进行固定

具体地，第一钻杆的直径为第二钻杆的一半，第二钻杆用于对第一钻杆形成的钻孔进行扩大，这样使得孔壁完整不易破坏软硬互层倾倒变形岩体边坡模型，后期便于注入锚杆固化剂；可选的，本次实验分别考虑锚杆锚固角度为15°、25°、35°和45°，如图4、5、6和7，图4中的1#、2#、3#……20#为位移监测点。

一种实施例，所述根据预设的实验设计对软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级加载，模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程，记录软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的破坏进程包括：

步骤a：对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型用分级加压的方式施加水平外荷载，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型出现裂缝，出现压力释放现象；

步骤b：停止对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的加压工作，记录裂缝出现时的压力值；

步骤c：记录压力释放稳定后的压力值，继续对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行加压；

步骤d：重复步骤a、b和c，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏。

使用时，根据预先设置的实验设计对硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级加载，模拟软硬互层倾倒变形岩体的变形破坏过程，模拟软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的分级加载装置由最大压力值为16MPa、最大行程为10cm的两个液压千斤顶构成，采用分级加压的方式，每级压力为2MPa，若在加载过程中软硬互层倾倒变形岩体边坡模型只存在水平位移未出现裂缝则继续加载至下一压力级，保持压力后再继续加压；若在加压过程中出现裂缝，会出现压力释放现象，则停止加压，记录下裂缝出现时压力值，待压力释放稳定后记录下稳定时压力值，再继续加压，重复以上加压过程，直至软硬互层倾倒变形岩体边坡模型破坏。

一种实施例，所述步骤还包括：

在各个岩层块体模型外壁设置多个位移监测点；

对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型用分级加压的方式施加水平外荷载；

记录多个位移监测点的位置变化，以获取各个岩层块体模型的弯折角度变化。

具体的，当采用两个液压千斤顶对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型进行分级挤压工作时，各个岩层块体模型随之进行位移和变形，位移监测点随着岩层块体模型进行运动，通过记录多个位移监测点的位置变化，以获取各个岩层块体模型的弯折角度变化，从而对于软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形程度进行观察，以进一步对比不同角度锚杆在软硬互层倾倒变形岩体边坡模型中的锚固效应，以及观察不同工况下软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程。

本发明通过预制岩层块体模型实现了软硬互层倾倒变形岩体边坡不同强度的组合模拟，更真实反演模拟现场软硬互层倾倒变形岩体边坡的发育状态；

本发明实现各种设计尺度的软硬互层倾倒变形岩体边坡的模拟研究，岩层块体模型制作简单，实验效果明显；

本发明采用加载装置进行分级加载，模拟了软硬互层倾倒变形体边坡的自重及受到工程扰动后的变形破坏状态，使得模型受力情况更加真实，提高了实验精确度；

本发明通过施加模拟锚杆模拟不同锚固角度的锚固效应，便于观察各种工况下软硬互层倾倒变形岩体边坡模型的变形破坏过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。