摘　要：在现代土木工程实践中，边坡的稳定性是一个核心议题，而选用恰当的支护材料对于维系边坡的长期稳固性极为关键。预应力碳纤维锚索，作为一种创新的支护材料，以其卓越的灵活性和性能，在边坡工程中展现出了显著的优势。本研究深入探讨了预应力碳纤维锚索的入射角度，并分析了如何通过精确控制锚固长度来优化其支护效果，从而实现对边坡稳定性的最大化增强。这种材料的创新应用不仅为边坡工程的稳定性和安全性提供了坚实的保障，而且为土木工程领域引入了一种全新的支护策略，预示着该领域技术进步的新方向。

关键词：稳定性；预应力碳纤维锚索；入射角；锚固长度

引言

目前，已有多位学者就锚杆加固边坡稳定性进行了研究。Wei Han 通过数值仿真验证了AHP模型的可行性。研究表明，控制因素权重由大到小依次为：岩石品位、地质、锚杆直径、锚杆数、开挖时间。姜庆飞[2]提出了一种主动岩层组合式局部强度折减法，通过该方法对多层级非均质复杂型边坡进行研究和评判，从而提高了边坡的稳定性和支护效果。另外，何富连[3]等学者基于黏结式锚杆锚固力弹性解理论，利用数值软件研究了预应力锚杆的锚固问题。研究结果表明，在锚杆锚固段存在塑性和弹性变形，通过提高锚杆材料刚度或增大杆体半径，可以拓展应力分布范围并减小应力峰值，同时揭示了锚杆支护的破坏机理，并提出了改进措施。因此，探究锚杆加固后公路边坡的稳定性具有重要的实际工程意义。

1、项目背景

根据调查和钻探揭示，场地的地层有第四系残坡积粉质黏土层（ Q₄^d1+e1 ）、砂岩层（ J_2S-S_s ）组成。

2、边坡稳定性数值模拟

2.1有限元强度折减理论

有限元强度折减法及有限元极限平衡，这两类方法在相同边坡模型中的计算精度还缺乏系统研究。有限元强度折减法（SRM）最早是由Zienkiewicz提出的，他提出在有限元中采用降低岩土强度的方法来计算岩土工程的安全系数。

2.2模型建立

本文利用有限元软件MIDASGTSNS建立边坡模型，并通过各土层的弹性模量、内摩角、泊松比、容重和粘聚力等重要参数，从而得到符合工程实际情况的各土层数据。在建立边坡的过程中，首先创建边坡的几何图形，从二维逐步转化为三维，并进行网格划分以便进行有限元分析。

2.3不同预应力锚索参数及模型建立

碳纤维锚索索体部分采用片型碳纤维拉索，由N片高强度碳纤维板叠合成矩形截面的碳纤维索体，其表面保护层为PE套管。其根据碳纤维板的数量，其有效截距面积不一样，设计张拉吨位不一样，这里有二种型号的碳纤维锚索分别是预应力为240KN的A型和预应力为360KN的B型碳纤维锚索。

3、影响边坡安全系数的因素

3.1锚索入射角对边坡安全系数影响

本文研究入射角，两种预应力碳纤维锚索对边坡安全系数的影响，并与普通锚杆对比（如图1）。结果显示：普通锚杆的安全系数随入射角增大先增后减，存在最优角度。碳纤维锚索的安全系数随入射角增大递减，但始终高于普通锚杆， 20^∘ 时达到峰值。表明碳纤维锚索在较大入射角下仍具优势，合理选择角度可进一步优化支护效果，提升边坡稳定性。

从图2中看出，随着碳纤维锚固长度的增加，边坡安全系数先增后减再增的趋势表明，存在一个最优的锚固长度，可以使边坡结构达到最高的安全系数。当锚固长度较短时，由于锚固力不足，边坡安全系数较低。随着锚固长度的增加，锚固力逐渐增强，边坡安全系数也随之提高。但当锚固长度超过某一临界值时，边坡安全系数反而会下降。

结论

与普通锚杆和预应力锚杆进行对比，得出以下的结论：

（1）碳纤维锚索最优入射角为 20^∘ ，此时边坡安全系数最高。随着入射角增大，安全系数逐渐降低。研究表明：A、B型碳纤维锚索在降低应变集中和提高稳定性方面显著优于普通锚杆。入射角变化会影响应变分布和边坡稳定性，实际工程中需根据具体情况优化加固方案和入射角设计。

（2）通过调整锚固长度确定了碳纤维锚索最优锚固长度。锚固长度与预应力有关，预应力 240kn 时最优锚固长度时 8m ，加上自由段，锚索长 13m ，预应力 360kn 时，最优锚固长度时 10m ，锚索长 15m ，可以知道随着预应力增加，最优锚固长度也在增加。

参考文献

[ 1 ] H a n W ， L u a n H ， L i u C . A s s e s s m e n t o f B o l t Reinforcement Effect Based on Analytic Hierarchy Process[J]. Geotechnical and Geological Engineering， 2019， 37（2）： 803-812.

[2]姜庆飞.基于局部强度折减法的多层级滑坡稳定性分析 [J]. 江西水利科技，2017，43（05）：322-327.

[3]何富连，施伟，武精科.预应力锚杆加长锚固应力分布规律分析[J].煤矿安全，2016，47（01）：212-215.

项目基金：

1.袁靖程：研究生创新计划项目（项目编号：YKJCX2420646）

2.李俊杰：研究生创新计划项目（项目编号：YKJCX2420640）

3.王云川：研究生创新计划项目（项目编号：YKJCX2420648）