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公路、铁路、水利、电力等工程建设很多需要人工开挖边坡，尤其是大型水电工程，无法回避高陡岩质边坡问题，拱坝、重力坝的理想坝址V形河谷更是深切河谷复杂地质条件的代表性河谷形态，其内在的地质成因决定了复杂的地质特性和工程建设的特殊难度［1］。

在岩质高边坡的开挖支护中，锚杆支护一般是不可或缺的。边坡支护锚杆可分为预应力和非预应力两大系列。不少学者对锚杆支护进行过深入研究，取得了大量成果。刘佳龙等［2］对非预应力锚杆的长度和角度进行了优化设计；林杭等［3］通过FLAC3D建立数值模型，对锚杆长度和角度对边坡稳定性的影响进行了研究，认为锚杆加固时存在有效锚固长度和最优锚固角；张良发［4］研究了锚杆参数优化对开挖边坡加固的影响。但是文献［2－4］所支护的边坡均为简化的各向同性的均质岩体，没有考虑岩体结构中不利结构面组合的影响。宋胜武等［1］侧重于研究高陡边坡深层稳定的分析及加固设计。洪海春［5］研究了单孔多筋全长黏结式长锚杆的长度、直径对锚固性能的影响，未考虑岩体结构。郑军辉［6］研究了部分锚杆失效时边坡加固方法。陈勇［7］研究了大锚杆加固顺层岩质边坡的工程地质技术。张宁［8］通过模型试验研究了锚杆对三维裂隙岩体的加固止裂效应。龙照等［9］推导了预应力锚杆的临界锚固长度的简化计算方法。渠时勤等［10］根据预应力锚杆破坏受力情况分析，提出锚杆锚固段合理设计长度。林杭等［11］研究了锚杆长短相间布置形式对边坡稳定性的影响，其支护的边坡为均质土坡。朱晗迓［12］研究了通过预应力锚固技术对破碎岩质边坡进行加固的技术可行性。陈永贵等［13］提出采用预应力锚杆加固、挂网喷射混凝土护坡的治理措施，可以增强边坡的整体稳定性。唐秋元等［14］提出岩石边坡锚杆不同计算方法的总锚固力从大到小为极限平衡法＞强度折减法＞等效内摩擦角法＞数值分析计算法＞侧向岩石压力法＞剩余下滑力法。

系统锚杆属于非预应力锚杆，其作用是加固岩质边坡的浅表层。根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB —2015）［15］，不同类型工程的非预应力锚杆设计参数可根据地层条件按经验或稳定性分析确定。根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386—2007）［16］，岩质边坡的非预应力系统锚杆的孔向宜与主要结构面垂直或呈较大夹角。在实际的开挖支护中按经验值确定锚杆设计参数经常会产生锚杆支护失效的情况。若根据地层条件按稳定性分析确定，同样会产生锚杆支护失效的问题。

本文结合在建的黄藏寺水利枢纽工程，针对左坝肩高陡岩质边坡系统锚杆支护中存在的问题，提出基于结构面组合分析的高陡岩质边坡系统锚杆参数的优化设计方法。

1 研究对象

黄藏寺水利枢纽坝址位于青海省祁连县黄藏寺村下游约11 km的黑河干流上，坝址控制流域面积7 648 km2，水库总库容4．03亿 m3，电站装机容量49 MW，属于大（2）型综合利用水利枢纽工程，被列入国家172项重大节水供水工程。

大坝坝高123 m，两岸山体浑厚，基岩为寒武系中统的绿泥石白云母石英片岩，属中硬岩。河谷狭窄，呈V形，右岸坡度为45°～60°，左岸更为陡峻，坡度为60°～80°。大坝边坡的级别为2级，两坝肩高陡岩质边坡开挖支护方式为自上而下、分区、分级、分块开挖并及时支护。左坝肩边坡开挖高度约239 m，开挖边坡2 666 m高程以上采用每15 m布置一级2 m宽马道，2 666 m高程以下每20 m布置一级2 m宽马道。左坝肩边坡开挖设计平面见图1。

图1 左坝肩边坡开挖设计分区平面

左坝肩高陡边坡分区分级开挖的支护参数为：

（1）L0开挖区大坝建基面范围内边坡，喷5 cm厚M25F200砂浆，待坝体混凝土浇筑前将所喷砂浆清除干净；

（2）L1开挖区喷 0．1 m厚混凝土，挂钢筋网?8 mm＠0．2 m，普通水泥砂浆锚杆 Φ25 mm、间排距2．5 m、锚固角为 10°、长度 6 m；

（3）L2开挖区除喷锚支护外，局部采用随机锚索支护，锚索型式、位置、间距根据现场开挖揭示的地质情况进行调整；

（4）L3开挖区为上覆土质边坡，开挖坡比为1∶1．35，采用混凝土格构植草支护。

本文的研究对象为黄藏寺水利枢纽左坝肩高陡岩质边坡L1和L2开挖区的系统锚杆的设计参数。L1和L2开挖区均为岩质边坡，设计开挖边坡坡比为1∶0．5和1∶0．75，均采用系统锚杆加挂网喷混凝土的支护措施。