临坡面岩体锚固设置方法与流程

本发明涉及岩体加固技术领域，尤其涉及一种临坡面岩体锚固设置方法。

背景技术：

岩石由于在风蚀、水蚀、冻融及重力侵蚀交互作用下，常常呈现出复合侵蚀模式。

岩体通常发生块体状侵蚀存在大量竖向裂隙，裂隙构成了水流下渗的通道，在冻融循环和水侵蚀作用下，裂隙不断下切，裂隙面两侧咬合力丧失，使临坡面的砒砂岩体与母体完全分离，产生下坠、倾覆趋势，当达到一定极限状态时即突然发生崩塌，形成块体状重力侵蚀。

临坡面岩体崩塌常常会造成严重的后果，例如：公路两旁的临坡面岩体崩塌会造成公路中断，更甚至会危害行人的生命财产安全。

以砒砂岩为例：我国鄂尔多斯高原地区分布着一种特殊泥沙岩—砒砂岩，面积约1.67万km²，其土壤侵蚀模数最高达76000t/km².a。虽然砒砂岩区仅占黄土高原地区总面积的2.6％，但产沙量却占到整个黄土高原地区输入黄河粗泥沙的30％左右，是黄河中游水土保持工作的重点地区。

导致高产沙量的主要原因在于砒砂岩特殊的岩性。由于颗粒间胶结程度差、结构强度低，蒙脱石含量高，遇水膨胀泥化，加上冻融循环作用，岩石结构极易遭到破坏，在风蚀、水蚀、冻融及重力侵蚀交互作用下，呈现出复合侵蚀模式。其中重力侵蚀占总侵蚀量的30％以上，重力侵蚀产生的松散堆积物，是黄河中游土壤侵蚀产沙的主要来源。因此，加强对砒砂岩区重力侵蚀的治理，对于控制土壤侵蚀、减少入黄泥沙具有重要意义。

重力侵蚀主要有泻溜、崩塌、滑塌等表现形式，其中以崩塌为主要形式的块体状重力侵蚀现象十分突出，其发生具有突然性，所产生的侵蚀量和破坏性往往比较大。

通常发生块体状侵蚀的砒砂岩层中存在大量竖向裂隙，裂隙构成了水流下渗的通道，在冻融循环和水侵蚀作用下，裂隙不断下切，裂隙面两侧咬合力丧失，使临坡面的砒砂岩体与母体完全分离，产生下坠、倾覆趋势，当达到一定极限状态时即突然发生崩塌，形成块体状重力侵蚀。

白色砒砂岩发生倾覆，发生崩塌主要是白色砒砂岩下端的红色砒砂岩风化后，不能对白色砒砂岩进行支撑，且白色砒砂岩与主体白色砒砂岩产生了竖向裂隙，导致临坡面的白色砒砂岩崩塌。

对砒砂岩进行加固是治理水土流失的重要举措之一，现在加固一般是采用铁丝网将岩体进行网住，防止其崩塌；也有采用水泥锚固的方式，但是水泥锚固的锚固体采用水泥砂浆，由于水是水泥砂浆主要成分，会对砒砂岩结构造成破坏，使得锚固效果被严重削弱甚至完全丧失锚固作用，且现在的施工大多是根据施工人员的施工经验，存在很大的主观性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了临坡面岩体锚固设置方法，本方法能够实现锚杆设置的的科学化和精细化，保证施工质量。

临坡面岩体锚固设置方法，方法包括：

s1.获取待测临坡面岩体的几何尺寸以及临坡面岩体的竖向裂隙开度；所述临坡面岩体的几何尺寸包括岩体高度、岩体水平横断面几何尺寸；

s2.根据临坡面岩体的几何尺寸以及竖向裂隙开度计算出所需锚孔数量、锚孔间距以及锚杆杆体长度；

所述步骤s2具体为：

s21.根据岩体几何尺寸的水平横断面几何尺寸确定岩体重心位置以及岩体水平方向单位长度重力g；

s22.根据岩体水平方向单位长度重力g计算岩体倾覆力矩m；

s23.根据岩体高度h、倾覆力矩m、竖向裂隙开度b计算出所需锚杆数量、锚孔间距以及锚杆杆体长度。

优选地，所述步骤s22具体为：

根据岩体水平方向单位长度重力g计算岩体倾覆力矩m；将岩体底面内侧距截面重心o水平距离为a的点标记为e，岩体底面内侧点c距截面重心o的水平距离zg；

当zg<a时，以岩体底面内侧点c作为倾覆旋转中心，以截面重心至c点的水平距离zg作为旋转力臂，按式m＝gzg计算倾覆力矩；

当zg>a时，以岩体底面内侧距截面重心水平距离为a的e点为倾覆旋转中心，以a为倾覆旋转力臂，按式m＝ga计算倾覆力矩；

其中，a的取值范围为：0.1m≤a≤0.5m。

优选地，所述步骤s23计算所需锚杆数量以及锚孔间距具体为：

当h<0.5m时，所需锚杆数量为0；

当岩体高度0.5m≤h<0.75m时，预设一横排锚杆，计算所需一横排锚杆数量以及锚孔间距；

当岩体高度0.75m<h时，计算所需锚杆数量以及锚孔间距。

优选地，所述岩体高度0.5m≤h<0.75m时，预设一横排锚杆，计算所需一横排锚杆数量以及锚孔间距，具体为：

给定特定的杆体断面尺寸c，得到相应的容许锚固力fm以及锚固长度lm；

计算岩体所需总锚固力f1，在距岩体上边缘0.25m，设一横排锚孔，与水平方向向下倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按f1＝m/z1，计算出单位长度岩体所需总锚固力f1，其中，z1为锚杆相对于旋转轴的力臂长度；

计算单根锚杆所能提供的锚固力f2，竖向裂隙外侧岩体内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm；当竖向裂隙外侧岩体内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆所能提供的锚固力为f2＝τcl1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度；

计算单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距；若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1；若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1/2；若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1/3；若3.0<f1/f2，增大锚杆杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；再次计算单根锚杆所能提供的锚固力f2，单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，直至增大的锚杆杆体横断面的尺寸满足f3≤f2。

优选地，所述岩体高度0.75m≤h时，计算所需锚杆数量以及锚孔间距，具体为：

给定特定的杆体断面尺寸c，得到相应的容许锚固力fm以及锚固长度lm；

计算岩体所需总锚固力f1，在距岩体上边缘0.25m，设定的锚杆排数k＝1，与水平方向向下倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按f1＝m/z1，计算出单位长度岩体所需总锚固力f1，其中，z1为第一排锚杆相对于旋转轴的力臂长度；

计算单根锚杆所能提供的锚固力f2，竖向裂隙外侧岩体内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm；当竖向裂隙外侧岩体内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆所能提供的锚固力为f2＝τcl1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度；

计算单根锚杆所需提供的锚固力为f3及锚孔水平间距；若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1；若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1/2；若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆所需提供的锚固力为f3＝f1/3；若3.0<f1/f2，根据具体情况增大锚杆杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度，再次计算单根锚杆所能提供的锚固力f2(h-(k+1)˙0.25<0.25)或增加一横排锚杆(h-(k+1)˙0.25≥0.25)；再次计算单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距。

优选地，所述3.0<f1/f2，根据具体情况增大锚杆杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度，再次计算单根锚杆所能提供的锚固力f2(h-(k+1)˙0.25<0.25)或增加一横排锚杆(h-(k+1)˙0.25≥0.25)；再次计算单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，具体为：

(1)h-(k+1)˙0.25<0.25时，增大锚杆杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；按照0.75m≤h情况下的计算步骤再次计算单根锚杆所能提供的锚固力f2、单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，直至增大的锚杆杆体横断面的尺寸满足f3≤f2，其中k为设计过程中当前设定的锚杆排数；

(2)h-(k+1)˙0.25≥0.25时，采用0.25m的竖向间距在当前最底排锚孔下方增设1排锚孔，此时，k＝k+1，通过抗倾覆稳定性

验算单根锚杆所需提供的锚固力f3，zi为第i排锚杆相对于倾覆旋转中心的力臂长度；

(21)若f3≤f2，单根锚杆所需提供的锚固力满足要求；

(22)若f3>f2；

(221)当h-(k+1)˙0.25<0.25时，增大锚杆杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；按照0.75m≤h情况下的计算步骤再次计算单根锚杆所能提供的锚固力f2，单根锚杆所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，直至增大的锚杆杆体横断面的尺寸满足f3≤f2，其中k为设计过程中当前设定的锚杆排数；

(222)当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，返回步骤(2)继续计算，直至f3≤f2。

优选地，所述锚杆杆体长度计算为：

根据l＝l1+l2+b/cosα计算出锚杆总长度l，其中，l2为穿过竖向裂隙进入稳定岩体内所需的锚杆长度，l2＝f3/τc；l1为竖向裂隙外侧岩体内锚杆长度，b/cosα为竖向裂隙段的锚杆长度；b为岩体内侧的竖向裂隙开度，α为锚杆倾角。

优选地，所述岩体为白色砒砂岩；所述锚杆为中空杆体，杆体内注入高聚物，杆体与锚孔壁之间的锚固体为高聚物。

本发明提供了临坡面岩体锚固设置方法，本方法可有效降岩体锚固设置的主观性和经验性，锚固设置方法可用于指导临坡面岩体锚固注浆的工艺实现，实现了锚固加固的科学化和精细化，为保证锚固加固质量奠定良好基础。特别是针对白色砒砂岩，以非水反应高聚物作为锚固材料，避免了传统水泥锚固的锚固体采用含水的水泥砂浆，会对砒砂岩结构造成破坏，导致锚固效果被严重削弱甚至完全丧失锚固作用的问题，可以实现白色砒砂岩区块体状重力侵蚀的有效治理、减少水土流失具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例的效果表征图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为临坡面岩体锚固设置方法流程框图；

图2为临坡面岩体倾覆计算示意图(zg<a)；

图3为临坡面岩体倾覆计算示意图(zg>a)；

图4为临坡面岩体锚杆布置侧视图；

图5为临坡面岩体锚杆长度设计示意图。

附图标记

11岩体(白色砒砂岩体)12松散岩体(红色砒砂岩体)

13竖向裂隙14锚杆

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参看图1，结合图2、图3、图4以及图5，临坡面岩体锚固设置方法，方法包括：

s1.获取待测临坡面岩体11的几何尺寸以及临坡面岩体11的竖向裂隙13开度；待测(待治理、待加固)临坡面岩体11一般为与主岩体产生了竖向裂隙13，且由于岩体11下方为松散岩体12，容易风化，随着时间的推移，使得岩体11即将失去支撑，岩体11会发生倾覆，坍塌的风险。在对现场进行临坡面岩体11的几何尺寸以及临坡面岩体11与主体岩体11的竖向裂隙13开度。其中，岩体11的几何尺寸包括岩体11的高度，岩体11水平横断面几何尺寸，即靠近松散岩体12面的横断面几何尺寸。

s2.根据临坡面岩体11的几何尺寸以及竖向裂隙13开度计算出所需锚孔数量、锚孔间距以及锚杆14杆体长度。

s21.请参看图2，根据岩体11几何尺寸的水平横断面几何尺寸确定岩体11重心o位置以及岩体11水平方向单位长度重力g；一般按岩体11密度均匀分布，这样可以较为方便地确定岩体11几何尺寸体重心o位置，且水平横断面几何尺寸计算出岩体11水平方向单位长度重力g。

s22.根据岩体11水平方向单位长度重力g计算岩体11倾覆力矩m；在计算倾覆力矩m时，还根据实际的岩体11厚度进行核算，即当岩体11厚度较薄时，采用实际的倾覆力矩计算，当岩体11厚度较厚时，采用预设的倾覆力矩计算；请参看图2以及图3，将预设的岩体11底面内侧距截面重心o水平距离为a的点标记为e，岩体11底面内侧点c距截面重心o的水平距离zg。

当zg<a时，以岩体11底面内侧点c作为倾覆旋转中心，以截面重心至c点的水平距离zg作为旋转力臂，按式m＝gzg计算倾覆力矩。

当zg>a时，以岩体11底面内侧距截面重心水平距离为a的e点为倾覆旋转中心，以a为倾覆旋转力臂，按式m＝ga计算倾覆力矩；其中，a的取值范围一般为：0.1m≤a≤0.5m。

s23.根据岩体11不同的高度h、倾覆力矩m、竖向裂隙13开度b计算出所需锚杆14数量、锚孔间距以及锚杆14杆体长度。

(1)当h<0.5m时，由于岩体11的高度较小，且岩体结构强度低、受扰动后易破碎，锚孔成孔难度较大，所以在岩体11的高度h<0.5m时，将不采用锚杆14进行加固，即所需锚杆14数量为0。

(2)当岩体11高度0.5m≤h<0.75m时，一般预设一横排锚杆14，计算所需一横排锚杆14数量以及锚孔间距；具体为：

给定特定的杆体断面尺寸c，得到相应的容许锚固力fm以及锚固长度lm；由于特定的杆体断面尺寸c，相应的容许锚固力fm以及锚固长度lm可以通过实验测量得出。

计算岩体11所需总锚固力f1；请参看图4以及图5，在距岩体11上边缘0.25m，设一横排锚孔，与水平方向向下倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按f1＝m/z1，计算出单位长度岩体11所需总锚固力f1，其中，z1为锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。

计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2，竖向裂隙13外侧岩体11内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm；当竖向裂隙13外侧岩体11内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力为f2＝τcl1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度。

计算单根锚杆14所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距；若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆14，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1；若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆14，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/2；若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆14，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/3；若3.0<f1/f2，此时不便再增加锚杆14数量，而是通过增大锚杆14杆体横断面尺寸c，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；再次计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2，单根锚杆14所需提供的锚固力f3、锚杆14数量以及锚孔水平间距，直至增大的锚杆14杆体横断面的尺寸满足f3≤f2。

(3)当岩体11高度0.75m≤h时，计算所需锚杆14数量以及锚孔间距，具体为：

给定特定的杆体断面尺寸c，得到相应的容许锚固力fm以及锚固长度lm。

计算岩体11所需总锚固力f1，请参看图4以及图5，在距岩体11上边缘0.25m，设定的锚杆14排数k＝1，与水平方向向下倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按f1＝m/z1，计算出单位长度岩体11所需总锚固力f1，其中，z1为第一排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。

计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2，竖向裂隙13外侧岩体11内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm；当竖向裂隙13外侧岩体11内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力为f2＝τcl1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度。

计算单根锚杆14所需提供的锚固力为f3及锚孔水平间距；若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆14，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1；若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆14，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/2；若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆14，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/3。

若3.0<f1/f2，增大锚杆14杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；再次计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2、单根锚杆14所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，具体为：

(1)当h-(k+1)˙0.25<0.25时，增大锚杆14杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；按照0.75m≤h情况下的计算步骤再次计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2、单根锚杆14所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，直至增大的锚杆14杆体横断面的尺寸满足f3≤f2，其中k为设计过程中当前设定的锚杆14排数。

(2)当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，采用0.25m的竖向间距在当前最底排锚孔下方增设1排锚孔，此时，k＝k+1，通过抗倾覆稳定性

验算单根锚杆14所需提供的锚固力f3，zi为第i排锚杆14相对于倾覆旋转中心的力臂长度；若f3≤f2，单根锚杆14所需提供的锚固力满足要求；

若f3>f2，当h-(k+1)˙0.25<0.25时，再次增大锚杆14杆体横断面尺寸，并得到相应的容许锚固力以及锚固长度；按照0.75m≤h情况下的计算步骤再次计算单根锚杆14所能提供的锚固力f2，单根锚杆14所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距，直至增大的锚杆14杆体横断面的尺寸满足f3≤f2，其中k为设计过程中当前设定的锚杆14排数；

若f3>f2，当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，返回步骤(2)继续计算，直至f3≤f2。

锚杆14杆体长度l为根据l＝l1+l2+b/cosα计算出锚杆14总长度，其中，l2为穿过竖向裂隙13进入稳定岩体11内所需的锚杆14长度，l2＝f3/τc；l1为竖向裂隙13外侧岩体11内锚杆14长度，b/cosα为竖向裂隙13段的锚杆14长度；其中，b为岩体11内侧的竖向裂隙13开度，α为锚杆14倾角。

本方法可有效降岩体11锚固设置的主观性和经验性，锚固设置方法可用于指导临坡面岩体11锚固注浆的工艺实现，实现了锚固加固的科学化和精细化，为保证锚固加固质量奠定良好基础。

具体实施例1

岩体11以白色砒砂岩体11为例，锚杆14为中空杆体，杆体内注入高聚物，高聚物为双组分低粘度膨胀聚氨脂高聚物注浆材料，固化后形成锚杆14。

需对某白色砒砂岩层实施高聚物锚固注浆，以提高其抗倾覆能力，避免发生崩塌，从而防治块体状重力侵蚀，锚固注浆设计按照以下步骤实施：

a.通过现场调查确定临坡面白色砒砂岩体11几何尺寸，主要包括临坡面的砒砂岩体11高度、横断面几何尺寸及竖向裂隙13开度；请参看图2以及图3，待测的目标白色砒砂岩体11为abcd，目标白色砒砂岩体11通过竖向裂隙13与白色砒砂岩体11主体连接，上下端都为红色砒砂岩体12。

b.通过稳定性分析确定锚杆14布置数量和锚孔间距，主要包括：

b1.根据截面几何尺寸确定截面重心横坐标位置和白色砒砂岩体11水平方向单位长度自重g；

b2.将白色砒砂岩体11底面内侧距截面重心o水平距离为a的点标记为e，砒砂岩体11底面内侧点c距截面重心o的水平距离zg，如图2和图3所示；

当zg<a时，如图2所示，以白色砒砂岩体11底面内侧点c作为倾覆旋转中心，以截面重心至c点的水平距离zg作为旋转力臂，按式(1)计算倾覆力矩。

m＝gzg(1)

如图3所示，当zg>a时，以砒砂岩体11底面内侧距截面重心水平距离为a的e点为倾覆旋转中心，以a为倾覆旋转力臂，按式(2)计算倾覆力矩。

m＝ga(2)

式中，a根据设计安全度要求取值(0.1m≤a≤0.5m)

b3.确定锚杆14布置数量和锚孔间距：

b31.设定锚杆14杆体断面尺寸，给定相应的容许锚固力fm和锚固长度lm(容许锚固力fm和锚固长度lm可通过试验确定)；

b32.当砒砂岩体11高度0.5m≤h<0.75m时，仅按1横排锚杆14设计；

①确定水方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1

距砒砂岩体11上边缘0.25m，沿水平设1横排锚孔，与水平方向倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按式(3)确定沿水平方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1。

f1＝m/z1(3)

式中，z1为锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。

②确定单根锚杆14所能提供的锚固力f2

a当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm。

b当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力按式(4)计算：

f2＝τcl1(4)

式中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度，c为杆体设计的横断面周长。

③确定单根锚杆14所需提供的锚固力f3及锚孔水平间距

a若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆14，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1，转至步骤c；

b若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆14，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/2，转至步骤c；

c若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆14，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/3，转至步骤c；

d若3.0<f1/f2，增大锚杆14杆体横断面尺寸，容许锚固力相应增大，返回步骤②，重复上述步骤②、③，直至满足a、b、c其中一项；

b33.当砒砂岩体11高度h≥0.75m时

①确定设置1排锚杆14时沿水平方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1

距砒砂岩体11上边缘0.25m，设1排锚孔(当前设定的锚杆14排数k＝1)，与水平方向倾角15-20°，根据抗倾覆稳定性按式(3)确定沿水平方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1

f1＝m/z1(3)

式中，z1为第一排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。

②确定单根锚杆14所能提供的锚固力f2

a当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔长度l1大于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm。

b当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔长度l1小于容许锚固体长度lm时，单根锚杆14所能提供的锚固力按式(4)计算：

f2＝τcl1(4)

式中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度，c为杆体设计横断面周长。

③确定单根锚杆14所需提供的锚固力为f3及锚孔水平间距

a若f1/f2≤1.0，则沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆14，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1，转至步骤c；

b若1.0<f1/f2≤2.0，则沿水平方向单位长度内需设置2根锚杆14，锚孔水平间距0.5m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/2，转至步骤c；

c若2.0<f1/f2≤3.0，则沿水平方向单位长度内需设置3根锚杆14，锚孔水平间距0.33m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1/3，转至步骤c；

d若3.0<f1/f2

d1若h-(k+1)˙0.25<0.25，增大锚杆14杆体横断面尺寸，其容许锚固力相应增大，返回步骤②，重复上述步骤②、③，直至满足a、b、c其中一项；其中k为设计过程中当前设定的锚杆14排数。

d2若h-(k+1)˙0.25≥0.25，如图4所示，采用0.25m的竖向间距在当前最底排锚孔下方增设1排锚孔，此时，k＝k+1，通过式(5)抗倾覆稳定性验确定单根锚杆14所需提供的锚固力f3；

zi为第i排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度；

d21若f3≤f2，单根锚杆14所需提供的锚固力满足要求，转至步骤c；

d22若f3>f2；

d221若h-(k+1)˙0.25<0.25，增大锚杆14杆体横断面尺寸，其容许锚固力相应增大，返回步骤②，重复上述步骤②、③，直至f3≤f2。

d222若h-(k+1)˙0.25≥0.25，执行步骤d2继续计算，直至f3≤f2。

c.请参看图5，确定锚杆14杆体长度，具体步骤为：

c1.利用式(6)确定穿过裂缝进入稳定岩体11内所需的锚固长度l2：

l2＝f3/τc(6)

c2.利用式(7)确定锚杆14总长度l

l＝l1+l2+b/cosα(7)

式中，b为白色砒砂岩体11内侧的竖向裂隙13开度，α为锚杆14倾角。

具体实施例2：

需对某白色砒砂岩层实施高聚物锚固注浆，以防治块体状重力侵蚀，锚固注浆设计按照以下步骤实施：

a通过现场调查确定临坡面砒砂岩体11几何尺寸:

请参看图2以及图3，待测的目标白色砒砂岩体11为abcd，高度2.0m，竖向裂隙13开度0.006m；

b通过稳定性分析确定锚杆14布置数量和锚孔间距，主要包括：

b1根据截面几何尺寸确定截面重心横坐标位于宽度中心，白色砒砂岩体11沿水平方向单位长度自重g＝22.5kn/m；

b2图2所示，将砒砂岩体11底面内侧距截面重心o水平距离为a＝0.3m的点标记为e，砒砂岩体11底面内侧点c距截面重心o的水平距离zg＝0.25m；

zg<a，以砒砂岩体11底面内侧点c作为倾覆旋转中心，以截面重心至c点的水平距离zg作为旋转力臂(图2所示)，按式(1)计算倾覆力矩。

m＝gzg(1)

得m＝22.5×0.25＝5.625kn˙m/m

b3确定锚杆14布置数量和锚孔间距：

b31设定锚杆14杆体断面尺寸，给定相应的容许锚固力fm和锚固长度lm(容许锚固力fm和锚固长度lm可通过试验确定)；

设定锚杆14杆体直径为8mm，测得相应的容许锚固力fm＝6kn，相应的锚固长度lm＝0.5m。

b33砒砂岩体11高度h＝2.0m≥0.75m

①确定设置1横排锚杆14时沿水平方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1

距砒砂岩体11上边缘0.25m，设1横排锚孔(当前设定的锚杆14排数k＝1)，与水平方向倾角18°，根据抗倾覆稳定性按式(3)确定沿水平方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力f1

f1＝m/z1(3)

式中，z1为第一排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。

由几何关系得到z1＝1.51m，

f1＝5.625/1.51＝3.725kn/m

②确定单根锚杆14所能提供的锚固力f2

由几何关系得到l1＝0.526m，

l1＝0.526m大于容许锚固体长度lm＝0.5m，单根锚杆14所能提供的锚固力f2取容许锚固力fm，即f2＝fm＝6kn。

③确定单根锚杆14所需提供的锚固力为f3及锚孔水平间距

f1/f2＝3.725/6＝0.621，属于f1/f2<1.0区间，因此沿水平方向单位长度内需设置1根锚杆14，锚孔水平间距1.0m，单根锚杆14所需提供的锚固力为f3＝f1＝3.725kn，转至步骤c；

c确定锚杆14杆体长度(图5所示)，具体步骤为：

c1利用式(6)确定穿过裂缝进入稳定岩体11内所需的锚固长度l2：

l2＝f3/(τc)(6)

l2＝3.725/(447.46×0.025)≈0.333m

c2利用式(7)确定锚杆14总长度l

l＝l1+l2+b/cosα(7)

式中，b为白色砒砂岩体11内侧的竖向裂隙13开度，α为锚杆14倾角。

l＝0.526+0.333+0.006/cos18°＝0.865m。

本方法为临坡面白色砒砂岩体高聚物锚固注浆加固提供了一种科学合理的设计方法，可有效降低白色砒砂岩层高聚物锚固注浆设计的主观性和经验性，用于指导临坡面白色砒砂岩层高聚物锚固注浆的工艺实现，实现了高聚物锚固注浆设计的科学化和精细化，为保证锚固注浆加固质量奠定良好基础。

对于有效减少入黄泥沙、加快黄河流域治理开发和生态环境改善具有积极促进作用，预期经济、社会和生态效益巨大。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本文进行了详细的介绍，应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。