图2.13 K=0.95时塑性应变云图
图2.14 K=1.0时塑性应变云图
2.5.2极限平衡法分析
根据非线形有限元计算的成果确定滑动面：对于该边坡加固前进行非线性有限元计算(详见2.5.1有限单元法计算)，在岩体内出现一塑性区，塑性应变云图如图2.13所示。滑动面必须通过最大塑性应变的峰值点(脊部)。通过等值线脊部的连线，即为最可能的滑动面。确定了滑动面，利用斜条分法程序EMU计算指定滑动面的边坡稳定系数，结果为0.9368，见图2.18所示。
图2.19极限平衡法计算结果
2.6本章小结
本章首先讨论了岩质边坡失稳的几种破环的模式，并针对滑动破坏介绍了刚体极限平衡法和有限单元法这两种稳定性评价方法。
(1)用传统的刚体极限平衡法得出岩质边坡在平面滑动和弧面情况下的安全系数计算公式。 (2)介绍了与传统的垂直条分法不同的更适于岩质边坡稳定分析的斜条分法，以及基于斜条分法的岩质边坡稳定分析程序EMU。
(3)利用超载法、强度储备法来进行边坡稳定分析；采用收敛性判据和突变性判据综合评价边坡的稳定安全度。
(4)用非线性有限元法及极限平衡斜条分法对同一算例进行稳定分析，有限元法计算稳定系数为0.95，斜条分法计算稳定系数为0.9368。计算结果表明利用这两种方法计算得出的边坡稳定系数相差1．4％。即两种方法得的结果相当接近，相互得到了印证，用这两种方法对边坡稳定进行分析是切实可行的。
第3章锚杆喷射混凝土加固措施
3.1岩质边坡锚喷加固作用机理
对锚喷加固而言，一般岩质边坡破坏可根据破坏规模分为整体滑移和局部破坏。整体滑移多由于岩体存在贯通性极好，且产状与坡面相近的结构或构造面，从而产生边坡整体平面或阶梯状破坏，或者由于岩体极风化破碎(类似土体)而产生圆弧形破坏，这类破坏一般沿倾角接近(45??2)角度的破坏面滑移；局部破坏多由于岩体存在3组以上的结构面，或受开挖时爆破的作用而产生的局部破坏，当破坏面角度在理论上大于摩擦角时，就有可能滑移，因而，破坏面角度有可能远远小于45。。但局部破坏出现的频率要远远高于整体滑移，而整体滑移的破坏影响要远远超过局部破坏。因而，在作锚喷加固设计时，要对岩质边坡作稳定性分析，以推断其发生破坏的可能性与破坏类型。上述破坏形式在湖北京珠高速公路大悟段岩质高边坡和湖北襄十高速公路武许段岩质高边坡中均有出现。
?从加固作用机理来分析，相对如挡土墙、抗滑桩、护坡墙、格予梁等被动式加固方法而言，锚喷加固为主动式加固。所谓主动式加固，指视被加固体既为荷载体又视为承载体，加固体与被加固体合为一体共同承载。主动式加固以锚喷加固为主体的加固措施，如锚杆、喷射混凝土等。显然，在作用机理上，主动式加固更科学合理、更经济，但这种加固方法有一定的适用范围。
锚喷加固施工经验证明，只要边坡岩体不属强风化体，无论是边坡有整体滑移趋势还是有局部破坏可能，锚喷加吲方法均能取得较理想的加固效果，因为锚杆的轴向锚吲能力与抗剪切能力能较大地提高边坡稳定性系数。由于混凝土或砂浆与风化土体的粘结力要远远小于混凝土与岩体的粘结力，所以锚喷加固对强风化岩体与土体边坡的加固作用要比对岩体边坡小得多，过去施工中曾发生强风化边坡锚喷加固体大面积滑塌事故，故一般锚喷加固不适用于强风化体和土体边坡。另外，当边坡发生滑动时，使用锚喷加固方法，不能发挥其主动加固作用，因而起不到好的效果，应以其他方法加固，或将滑动层清除后再作锚喷加固。 在锚喷加固中，一般认为锚杆支护起主要作用，喷射混凝土作用为辅助作用。对锚杆支护在地下洞室加固的作用机理，地下工程研究专家共认其起悬吊、组合梁和挤压加固和均匀压缩拱的作用。
悬吊作用理论认为：锚杆支护通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中，以防止其离层滑落。起悬吊作用的锚杆，主要是提供足够的拉力，用以克服滑落岩土体的重力或下滑力，来维持工程稳定。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩体重量。
组合梁理论是针对层状介质的锚固体提出的。这种原理认为，锚杆的作用是将层状岩体锚固在一起，形成一种组合梁(简支梁或悬臂梁)。如果没有锚固作用，层状岩体只是简单的叠合在一起。由于层间抗剪力不足，在荷载的作用下，单个粱均产生各自的弯曲变形，上、下缘分别处于受压和受拉状态。若用锚杆将支护后，相当于用螺栓将它们紧固成组合梁，各岩层便互相挤压，层间摩擦阻力大大增加，内应力和挠度大为减少，于是增加了组合梁的抗弯强度。当把锚杆打入岩土体一定深度，相当于将简单叠合数层梁变成组合梁，从而提高了岩土体的承载能力。决定组合梁的稳定性的主要因素是锚杆的预拉应力及杆体强度和岩层性质。
紧固作用是指在块状围岩中，锚杆可将巷道周围的危石彼此挤紧。紧固作用主要决定与锚杆的预应力。
均匀压缩拱作用是指在松软围岩中，点锚固锚杆的预拉应力可以形成从锚杆两端为顶点的算盘珠式的压缩区。如果把锚杆以适当的间距沿拱形巷道断面系统安装，就会在巷道周围形成连续的均匀压缩带，即形成了承载的压缩拱。该拱的加固作用取决于锚杆的长度与间距之比及锚杆的预拉应力。
对于某一锚固工程，其锚固作用机理并非是孤立存在的，往往是几种作用同时存在，并综合作用。在不同的地质条件下，某种作用占主导地位。由于锚杆支护对洞室的加固机理与洞室的空间几何形状有关，而边坡的空间几何形状有别于地下洞室，锚杆支护对边坡的加固作用机理不完全等同于地下洞室，文献“”认为，在岩质边坡工程中，锚杆起压力墙和组合梁的作用。
锚杆的压力墙机理是指当岩质边坡没有明确的滑动面，但岩体被多组节理、层理切割成不规则块状，破裂面呈不连续状，或呈陡峭形，或逆坡向，这种情况下破坏呈塌落、倾倒等坍塌形式，往往层层递进。这种含软弱结构面的岩体稳定性主要由其间结构面的抗剪强度决定。岩质边坡的系统锚杆大大提高了锚固区域破碎岩体的整体性，同时，锚固区域锚杆与岩体共同形成厚度与锚杆深度相近的压力墙，并控制了锚固区外岩体的变形，压力墙因镶嵌在岩体罩，它的作用不完全类同于挡土墙或抗滑桩，其主动式的加固机理决定加固后的边坡能“自我”稳定，这也是锚杆加固边坡的优越性之一。
对于锚杆的组合梁作用，当岩体含软弱结构面要为层理或片理，且岩层的产状与岩体坡面相近，结构面间c、中值较小，极易发生顺层滑移。使用锚杆加固时，将锚杆与结构面近似垂直方向布置，锚杆的加固大大提高了层理或片理间的抗剪切强度，锚杆起了力学组合梁的铆钉作用。在这种情况下，锚杆的加固作用是非常明显的。湖北襄十高速公路武许段高边坡设计中应用了锚杆的组合梁原理，采用以锚为主、锚喷网结合的加固方法，成功地控制了含云母片岩、片麻岩岩体的顺层滑坡。
对于喷射混凝土的作用机理，实验结果。”表明，不论是完整岩体还是软弱结构面的裂隙岩体，也不论有无锚杆支护，喷射混凝土都不同程度地对岩体有加固作用。对于裂隙岩体，除公认的高压喷混凝土浆液渗入裂隙的加固作用外，就单轴压缩试样而言，混凝土喷层还具有粘结捆绑作用，将软弱面分割离散的岩块粘结成整体，有效地减弱了应力集中的现象，从而提高了岩体的整体稳定性和强度，同时约束了岩体的变形，从而改善岩体的应力状态，起到加固围岩的作用。岩质边坡失稳时，主要原因是受结构面影响和水的作用，混凝土喷射层有效地控制地表水的渗入和岩体的进一步风化，因此喷射混凝土层对边坡的稳定也起着重要作用。
锚喷加固中，锚喷联合加固作用不可忽视。因为锚杆是按一定间距和排距排列。锚杆间存在锚固作用以外的区域，当岩体破碎时，此区域易发生局部破坏，破坏虽然不大，但影响系统锚杆的锚固效果。设计时只要锚杆排间距不至过大，喷射混凝土层(有时增加钢筋网)完全有能力抵抗破坏。锚喷加固中，在喷射混凝土层中增加钢筋网的目的主要是防止喷射混凝土因收缩而产生裂缝，增强抵抗动载能力并使混凝土应力能均匀分布。
3.2锚杆设计
锚喷加固中，锚杆支护起主要作用，喷射混凝土作用为辅助作用。锚杆不是被动地承受岩土体产生的荷载，而是主动地加固岩土体，有效地控制其变形，达到加固的目的。锚杆具有经济、方便、快捷和便于施工等优点。
3.2.1锚杆材料
锚杆的材料组成有：杆体材料、锚固剂、托板(垫板)、锚杆螺母、钢带和网。普通锚杆的杆体主要材料是圆钢及螺纹钢。管材是制作缝管式锚杆、楔管式锚杆、内注浆锚杆等杆体的主要材料。锚固剂包括树脂类锚固剂和快硬水泥类锚固剂。托板是锚杆的重要组成部件，即使是砂浆锚杆也要重视采用托板。常见的托板形状如图3.1所示，其中，第四类型的托板效果最好。
在岩石条件差的地段，有时还采用托梁、串联带或金属网，并用锚杆把托梁、串联带或金属网锚紧在岩石表面上。锚杆螺母是固定托板、网、钢带等支护材料的一个重要构件，它是锚杆支护结构中形成支护力，控制变形破坏的一个重要组成部分。特别是对于端锚式锚杆，没有螺母就构不成锚杆支护。钢带是将单根锚杆连接起来组成一个整体承载结构，提高锚杆