洞壁与边坡岩体加固设计优化方案

当设计岩体加固系统用以支护可能滑动的岩块时，应考虑滑动面上的摩擦力（图9-4）。大多数岩体构造，无论是坚硬岩体，还是较软岩体，其裂隙面都是粗糙与凹凸不平的。如果滑动结构面的岩体性质相同，结构面摩擦力能阻止大的剪切力。作用在结构面上的正应力愈大，抗剪的摩擦力亦愈大。然而，如果结构面上的岩体性质不同，在滑动力达到产生岩块滑动前的最大摩擦力的数值之前，结构面会出现相对大的剪切变形，其值约为毫米级。如果预应力岩体锚杆垂直于结构面布置，作用在结构面上的正应力将有效地提高岩体的抗剪强度。

加固岩体锚杆数量的计算公式：

式中　N——岩体锚杆根数；

W——楔形岩块重量（包括由楔形岩块支承的其他岩块重）；

f ——安全系数，通常1.5 ≤f＜3（f 值的大小取决于岩块滑动引起破坏的程度以及是否应考虑永久或临时加固系统）；

β——滑动面倾角；

φ——滑动面的摩擦角；

C——滑动面的凝聚力；

A ——滑动面的支承面积；

α——岩体锚杆与滑动面垂线的夹角。

上述分析中所涉及的参数，如滑动摩擦角φ及滑动面的剪应力C，除了锚杆所能承受的荷载B 可以用抗拔试验确定外，其他都是很难实测到的。如果现场试验无法取得这些数据，可以通过类比或参考有关文献资料确定。(www.xing528.com)

对公式（9-6）的讨论。从图9-4 所示的锚杆加固设计可以看出，锚杆对滑动面所形成的正应力N 与其摩擦系数的积R1 为：

令sinα+cosα·tanφ=Rf（-Rf 为阻滑系数；Rf 为下滑系数）。则公式（9-7）可写成R=P·Rf。

设α=60°，φ=26.6°。

则-Rf=1.116（Rf 为由于采用锚杆加固而形成的下滑系数）。

阻滑力与下滑力方向相反。如下滑力为正值，则阻滑力为负值。如按作者曾见到过的锚杆布置方向（图9-5），锚杆不仅不能形成阻滑力，而且还要形成下滑力，更促使岩体的不稳定。Rf=sinα-cosα·tanφ=0.616。

图9-4　加固在自重作用下可能滑动的岩块（仰向锚杆）

图9-5　加固在自重作用下可能滑动的岩块（俯向锚杆）

由于采用不同形式的锚杆布置（如锚杆的抗拉强度为1000MPa），前者的每根锚杆要形成11160kgf^[1]的阻滑力；而后者的每根锚杆则形成6160kgf①的阻滑力。由此可见，锚杆的倾向与倾角的选择是何等的重要！