临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法
阅读：954发布：2022-01-14
专利汇可以提供临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，方法包括：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；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；通过岩体钻取注浆孔往竖向裂隙注入 浆液 充填竖向裂隙；根据计算的锚孔数量、锚孔间距以及锚杆杆体长度，在岩体上打锚孔，并往锚孔中放入对应长度的中空锚杆；往岩体锚孔的中空锚杆中注入浆液， 固化 形成锚固体。本方法通过向岩体竖向裂隙注浆以及锚杆注浆，双重加固，使得临坡面岩体加固更加牢靠，加固更加科学化和精细化，保证施工 质量 ，可有效降岩体锚固设置的主观性和经验性。，下面是临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法专利的具体信息内容。
1.临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于，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；
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；
S3.通过岩体钻取注浆孔往竖向裂隙注入浆液充填竖向裂隙；
S4.根据计算的锚孔数量、锚孔间距以及锚杆杆体长度，在岩体上打锚孔，并往锚孔中放入对应长度的中空杆体；
S5.往岩体锚孔的中空杆体中注入浆液，浆液沿杆体到达锚孔底部，然后自下而上充满锚孔，固化后形成锚固体。
2.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于，所述步骤S22具体为：
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，根据岩体水平方向单位长度重力G计算岩体倾覆力矩M：
当zg
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。
5.根据权利要求3所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于，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；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
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
所述岩体高度0.75m≤h，3.0
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；
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；
若F3≤F2，单根锚杆所需提供的锚固力满足要求；
若F3>F2，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；当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，按照前述h-(k+1)˙0.25≥0.25情况时的步骤继续计算，直至F3≤F2。
7.根据权利要求5所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于：
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。
8.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于：
所述中空锚杆为中空镀锌管，中空锚杆的杆体上设置至少一个对中支架。
9.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于：
所述S3具体为：
按特定的注浆孔位置用钻机从岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面位置；
将注浆管插入注浆孔内，注浆管末端到达裂隙面位置；
按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内注入浆液充填竖向裂隙。
10.根据权利要求1-9任一所述的临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，其特征在于：所述岩体为白色砒砂岩；所述浆液为高聚物。
临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法
技术领域
[0001] 本发明涉及岩体加固技术领域，尤其涉及临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法。
背景技术
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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2 2
1.67万km ，其土壤侵蚀模数最高达76000t/km .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。
1.67万km ，其土壤侵蚀模数最高达76000t/km .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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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，且对岩体进行加固时，手段较为单一，效果不甚理想。
发明内容
[0011] 有鉴于此，本发明提供了临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，本方法通过向岩体竖向裂隙注浆以及锚杆注浆，双重加固，使得临坡面岩体加固更加牢靠，加固更加科学化和精细化，保证施工质量。
[0012] 临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，方法包括：
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] S3.通过岩体钻取注浆孔往竖向裂隙注入浆液充填竖向裂隙；
[0016] S4.根据锚孔数量、锚孔间距以及锚杆杆体长度，在岩体上打锚孔，并往锚孔中放入对应长度的中空杆体；
[0018] 优选地，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。
[0019] 优选地，所述步骤S2具体为：
[0021] 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；
[0022] 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。
[0023] 优选地，所述步骤S22具体为：
[0024] 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，根据岩体水平方向单位长度重力G计算岩体倾覆力矩M：
[0025] 当zg力臂，按式M＝Gzg计算倾覆力矩；
[0026] 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；
[0027] 其中，a的取值范围为：0.1m≤a≤0.5m。
[0028] 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：
[0029] 当h<0.5m时，所需锚杆数量为0；
[0030] 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；具体为：
[0031] 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；
[0032] 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；
[0033] 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＝τc l1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度；
[0034] 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(即F3≤F2)；若1.0
[0035] 当岩体高度0.75m≤h时，计算所需锚杆数量以及锚孔间距，具体为：
[0036] 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；
[0037] 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；
[0038] 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＝τc l1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度；
[0039] 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
[0040] 优选地，所述岩体高度0.75m≤h，3.0
[0041] 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；
[0042] 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
[0043]
[0044] 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；
[0045] 若F3≤F2，单根锚杆所需提供的锚固力满足要求；
[0046] 若F3>F2，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；当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，按照前述h-(k+1)˙0.25≥0.25情况时的步骤继续计算，直至F3≤F2。
[0047] 优选地，所述锚杆杆体长度计算为：
[0048] 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。
[0050] 优选地，所述S3具体为：
[0051] 按特定的注浆孔位置用钻机从岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面位置；
[0052] 将注浆管插入注浆孔内，注浆管末端到达裂隙面位置；
[0053] 按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内注入浆液充填竖向裂隙。
[0054] 优选地，所述岩体为白色砒砂岩；所述浆液为高聚物。
[0055] 本发明提供了应用于临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，本方法通过向岩体竖向裂隙注浆以及锚杆注浆，双重加固，使得临坡面岩体加固更加牢靠，加固更加科学化和精细化，保证施工质量；通过往竖向裂隙注浆，充填竖向裂隙并固化，对目标岩体起到一定的粘结加固的作用，通过科学设置锚杆，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；方法具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对砒砂岩体扰动小等特点；特别是针对白色砒砂岩，非水反应高聚物作为注浆材料，克服了传统水泥基注浆材料以水作为溶剂或主要反应成分，会对砒砂岩结构造成破坏，导致加固效果被严重削弱甚至完全丧失加固作用的问题，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
[0056] 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。
[0057] 图1为应用于临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法流程框图；
[0058] 图2为岩体倾覆计算示意图(zg
[0059] 图3为岩体倾覆计算示意图(zg>a)；
[0060] 图4为锚杆布置侧视示意图；
[0061] 图5为锚杆长度设计示意图；
[0062] 图6为裂隙充填注浆孔布置侧视示意图；
[0063] 图7为裂隙注浆充填效果侧视示意图；
[0064] 图8为裂隙注浆充填效果正视示意图；
[0065] 图9为锚固注浆以及竖向裂隙注浆双重加固实施效果侧视示意图。
[0066] 附图标记
[0067] 11 岩体(白色砒砂岩体) 12 松散岩体(红色砒砂岩体)[0068] 13 竖向裂隙 14 锚杆
[0069] 15 锚孔 16 注浆孔
[0070] 17 浆液
具体实施方式
[0071] 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。
[0072] 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。
[0073] 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。
[0074] 请参看图1，结合图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8以及图9，应用于临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法，方法包括：
[0075] 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(母)体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。
[0076] 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15数量、锚孔15间距以及锚杆14杆体长度。
[0077] 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。
[0078] 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。
[0079] 当zg
[0080] 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。
[0081] 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15间距以及锚杆14杆体长度。
[0082] (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。
[0083] (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15间距；具体为：
[0084] 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。
[0085] 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15，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。
[0086] 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15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15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＝τc l1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度。
[0087] 计算单根锚杆14所需提供的锚固力F3及锚孔15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15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若3.0
[0088] (3)当岩体11高度0.75m≤h时，计算所需锚杆14数量以及锚孔15间距，具体为：
[0089] 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。
[0090] 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。
[0091] 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15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15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＝τc l1，其中，τ为杆体与高聚物锚固体之间的粘结强度。
[0092] 计算单根锚杆14所需提供的锚固力为F3及锚孔15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15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
[0093] 若3.0
[0094] (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15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。
[0095] (2)当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，采用25cm的竖向间距在当前最底排锚孔15下方增设1排锚孔15，此时，k＝k+1，通过抗倾覆稳定性
[0096]
[0097] 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；
[0098] 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15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；
[0099] 若F3>F2，当h-(k+1)˙0.25≥0.25时，按照步骤(2)继续计算，直至F3≤F2。
[0100] 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。
[0101] S3.通过岩体11钻取注浆孔16往竖向裂隙13注入浆液17充填竖向裂隙13；如图6所示，按设定的注浆孔16位置用钻机从岩体11临坡面向岩体11内钻孔至裂隙面位置；将注浆管插入注浆孔16内，注浆管末端到达裂隙面位置；按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按设定量注入浆液17，浆液17发生化学反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙13并固化，浆液17固化后如图7以及图8所示，浆液17充填于竖向裂隙13中，对岩体11与主岩体11起着粘结的作用，为实施非膨胀性高聚物锚固注浆创造条件。
[0102] S4.根据计算的锚孔15数量、锚孔15间距以及锚杆14杆体长度，在岩体11上打锚孔15，并往锚孔15中放入对应长度的中空锚杆14；打锚孔15时，采用与水平方向向下15-20°的倾角，在坡面上用钻机向砒砂岩块内钻孔。钻机选用钻头时，一般为采用直径16mm钻头。锚孔15打孔完成后，在锚孔15内放置中空锚杆14杆体，将中空杆体放入锚孔15中时，杆体末端到达锚孔15底部。由于锚孔15直径大于锚杆14直径，为了保证强度均匀，锚杆14在锚固体中间位置，在杆体上设置多个对中支架，一般每隔15-20cm设置一个对中支架。
[0103] S5.往岩体11锚孔15的中空锚杆14中注入浆液17，固化形成锚固体；注浆时，浆液17经中空杆体进入锚孔15底部，自下而上充满锚孔15并固化，与周围砒砂岩结合，形成高聚物锚固体。
[0104] 通过向岩体11竖向裂隙13注浆以及锚杆14注浆，双重加固，使得临坡面岩体11加固更加牢靠，加固更加科学化和精细化，保证施工质量；通过往竖向裂隙13注浆，充填竖向裂隙13并固化，对目标岩体11起到一定的粘结加固的作用，通过科学设置锚杆14，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；且方法具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对砒砂岩体11扰动小等特点。
[0105] 具体实施例1
[0106] 以岩体11以白色砒砂岩体11，浆液17为高聚物为例，高聚物为双组分低粘度膨胀聚氨脂高聚物注浆材料。对白色砒砂岩体11进行加固时，白色砒砂岩体11实施高聚物锚固注浆以及竖向裂隙13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，锚固注浆以及竖向裂隙13注浆方法按照以下步骤实施：
[0107] 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。
[0108] B.通过稳定性分析确定锚杆14布置数量和锚孔15间距，主要包括：
[0109] 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；
[0110] 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；
[0111] 当zg
[0112] M＝Gzg (1)
[0113] 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。
[0114] M＝Ga (2)
[0115] 式中，a根据设计安全度要求取值(0.1m≤a≤0.5m)
[0116] B3.确定锚杆14布置数量和锚孔15间距：
[0117] 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)；
[0118] 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；
[0119] ①确定水方向单位长度砒砂岩体11所需总锚固力F1
[0120] 距砒砂岩体11上边缘0.25m，沿水平设1横排锚孔15，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。
[0121] F1＝M/z1 (3)
[0122] 式中，z1为锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。
[0123] ②确定单根锚杆14所能提供的锚固力F2
[0124] a当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔15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。
[0125] b当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔15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：
[0126] F2＝τc l1 (4)
[0127] 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。
[0128] ③确定单根锚杆14所需提供的锚固力F3及锚孔15水平间距
[0129] 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15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；
[0130] b若1.0
[0131] c若2.0
[0132] d若3.0
[0133] B33.当砒砂岩体11高度h≥0.75m时
[0134] 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[0135] 距砒砂岩体11上边缘0.25m，设1排锚孔15(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
[0136] F1＝M/z1 (3)
[0137] 式中，z1为第一排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。
[0138] ②确定单根锚杆14所能提供的锚固力F2
[0139] a当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔15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。
[0140] b当裂缝外侧砒砂岩块内锚孔15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：
[0141] F2＝τc l1 (4)
[0142] 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。
[0143] ③确定单根锚杆14所需提供的锚固力为F3及锚孔15水平间距
[0144] 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15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；
[0145] b若1.0
[0146] c若2.0
[0147] d若3.0
[0148] 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。
[0149] 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15下方增设1排锚孔15，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；
[0150]
[0151] zi为第i排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度；
[0152] 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；
[0153] d22若F3>F2；
[0154] 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。
[0155] d222若h-(k+1)˙0.25≥0.25，执行步骤d2继续计算，直至F3≤F2。
[0156] C.请参看图5，确定锚杆14杆体长度，具体步骤为：
[0157] 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：
[0158] l2＝F3/τc (6)
[0159] C2.利用式(7)确定锚杆14总长度l
[0160] l＝l1+l2+b/cosα (7)
[0161] 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。
[0162] D.通过岩体11钻取注浆孔16往竖向裂隙13注入浆液17充填竖向裂隙13；请参看图6，按设定的注浆孔16位置用钻机从砒砂岩体11临坡面向岩体11内钻孔至裂隙面位置，将注浆管插入注浆孔16内，注浆管末端到达裂隙面位置；按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按设定量注入膨胀性高聚物浆液17，高聚物浆液17发生化学反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙13并固化，充填固化后如图7以及图8所示。
[0163] E.根据计算的锚孔15数量、锚孔15间距以及锚杆14杆体长度，在岩体11上打锚孔15，并往锚孔15中放入对应长度的中空锚杆14；其中，中空锚杆14一般采用壁厚为8mm中空镀锌管，按计算长度切割杆体，并在杆体上每隔15-20cm设置一个对中支架；按设计的锚孔
15位置，采用与水平方向15-20°向下的倾角，在坡面上用钻机向砒砂岩块内钻孔，一般采用直径16mm钻头；在锚孔15内放置中空锚杆14杆体，将中空杆体放入锚孔15中时，杆体末端到达锚孔15底部。
15位置，采用与水平方向15-20°向下的倾角，在坡面上用钻机向砒砂岩块内钻孔，一般采用直径16mm钻头；在锚孔15内放置中空锚杆14杆体，将中空杆体放入锚孔15中时，杆体末端到达锚孔15底部。
[0164] F.往岩体11锚孔15的中空锚杆14中注入浆液17，固化形成锚固体；高聚物注浆，浆液17经中空杆体进入锚孔15底部，自下而上充满锚孔15并固化，与周围砒砂岩结合，形成高聚物锚固体。
[0165] 临坡面岩体11的锚固注浆以及竖向裂隙13注浆，注浆效果如图9所示，在白色砒砂岩体11竖向裂隙13中以及锚孔15中都注入了浆液17，固化后对白色砒砂岩体11起着加固支撑的作用。
[0166] 具体实施例2：
[0167] 需对某白色砒砂岩体11实施高聚物锚固注浆，以防治块体状重力侵蚀，锚固注浆以及竖向裂隙13注浆方法按照以下步骤实施：
[0168] A通过现场调查确定临坡面砒砂岩体11几何尺寸:
[0169] 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；
[0170] B通过稳定性分析确定锚杆14布置数量和锚孔15间距，主要包括：
[0171] 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；
[0172] 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；
[0173] zg
[0174] M＝Gzg (1)
[0175] 得M＝22.5×0.25＝5.625kN˙m/m
[0176] B3确定锚杆14布置数量和锚孔15间距：
[0177] 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)；
[0178] 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。
[0179] B33砒砂岩体11高度h＝2.0m≥0.75m
[0180] 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[0181] 距砒砂岩体11上边缘0.25m，设1横排锚孔15(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
[0182] F1＝M/z1 (3)
[0183] 式中，z1为第一排锚杆14相对于旋转轴的力臂长度。
[0184] 由几何关系得到z1＝1.51m，
[0185] F1＝5.625/1.51＝3.725kN/m
[0186] ②确定单根锚杆14所能提供的锚固力F2
[0187] 由几何关系得到l1＝0.526m，
[0188] 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。
[0189] ③确定单根锚杆14所需提供的锚固力为F3及锚孔15水平间距
[0190] 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15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；
[0191] C确定锚杆14杆体长度(图5所示)，具体步骤为：
[0192] 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：
[0193] l2＝F3/(τc) (6)
[0194] l2＝3.725/(447.46×0.025)≈0.333m
[0195] C2利用式(7)确定锚杆14总长度l
[0196] l＝l1+l2+b/cosα (7)
[0197] 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。
[0198] l＝0.526+0.333+0.006/cos18°＝0.865m。
[0199] D.通过岩体11钻取注浆孔16往竖向裂隙13注入浆液17充填竖向裂隙13；请参看图6，采用正三角形布孔形式，按设定的间距L＝37.2cm布置注浆孔16，用钻机从砒砂岩体11临坡面向岩体11内钻孔至裂隙面位置，注浆孔16直径为16mm，注浆孔16相对于水平方向下倾角为18°，将注浆管插入注浆孔16内，注浆管末端到达裂隙面位置；按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按每孔0.324kg注入膨胀性高聚物浆液17，高聚物浆液17发生化学反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙13并固化，充填固化后如图7以及图8所示。
[0200] E.根据计算的锚孔15数量、锚孔15间距以及锚杆14杆体长度，在岩体11上打锚孔15，并往锚孔15中放入对应长度的中空锚杆14；采用壁厚为8mm中空镀锌管，按计算长度切割杆体，并在杆体上每隔15-20cm设置一个对中支架；按设计的锚孔15位置，采用与水平方向15-20°向下的倾角，在坡面上用钻机向砒砂岩块内钻孔，采用直径16mm钻头；在锚孔15内放置中空锚杆14杆体，将中空杆体放入锚孔15中时，杆体末端到达锚孔15底部。
[0201] F.往岩体11锚孔15的中空锚杆14中注入浆液17，固化形成锚固体；高聚物注浆，浆液17经中空杆体进入锚孔15底部，自下而上充满锚孔15并固化，与周围砒砂岩结合，形成高聚物锚固体。
[0202] 临坡面岩体11的锚固注浆以及竖向裂隙13注浆，注浆效果如图9所示，在白色砒砂岩体11竖向裂隙13中以及锚孔15中都注入了浆液17，固化后对白色砒砂岩体11起着加固支撑的作用。
[0203] 针对砒砂岩岩性特殊，对水敏感，遇水膨胀、泥化、崩解的特点，引入无水注浆理念，将非水反应高聚物注浆材料应用于临坡面白色砒砂岩块体注浆锚固以及竖向裂隙注浆，克服了传统注浆材料如水泥浆、水玻璃等，由于均以水作为溶剂或主要反应成分，会对砒砂岩结构造成破坏，导致加固效果被严重削弱甚至完全丧失加固作用的难题。
[0204] 为砒砂岩块体状重力侵蚀治理提供了一种快捷高效的新途径，具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对砒砂岩体扰动小等特点，能够实现高聚物锚固注浆设计的科学化和精细化，保证注浆施工质量，有力提升了我国砒砂岩区块体状重力侵蚀综合治理技术水平，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，已成功应用于鄂尔多斯地区多项砒砂岩块体状重力侵蚀治理工程，具有巨大的经济、社会和生态效益，应用前景广阔。
[0205] 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。
[0206] 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。
[0207] 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。
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