渗透作用下土体蠕变与锚索锚固力损失特性研究

预应力锚索广泛应用于边坡、基坑等工程中,锚固力损失是影响其锚固效应的重要方面,由于锚固力失效而导致的工程事故屡见不鲜。特别是在降雨或者地下水丰富的地区,由于渗流作用等的影响更容易引起预应力锚索锚固体等应力状态的改变,导致锚索失效引发工程事故。以滨海某基坑为研究背景,以现场监测数据为基础,建立了一种综合考虑渗透作用下土体蠕变和预应力锚索锚固力损失三维本构模型,推导出土体蠕变和预应力锚索锚固力松弛方程。基于FLAC3D软件开发了相应的计算程序,分析了滨海某基坑渗透作用下土体蠕变和预应力锚索锚固力损失特性。结果显示,数值模拟结果与现场监测数据有较好的一致性,表明所建立的模型是正确和可行的。该方法可用于分析渗透作用下的预应力锚索锚固力损失特性,为类似工程提供理论指导和分析手段。     

影响大吨位预应力长锚索锚固力损失的因素分析

通过对水利水电工程岩体加固中常采用的大吨位预应力长锚索锚固力变化规律的分析,详细讨论了影响预应力锚索锚固力变化的钢材松弛、岩体强度与性质、施工质量、锚索结构与环境变化等因素,得出了不同影响因素对预应力长锚索锚固过程中锚固力损失的影响效应。观察表明,引起锚索锚固力损失的最主要因素是岩体的变形与施工质量。根据岩锚实测资料的统计分析,进一步提出了各影响因素与锚固力损失间相应的经验关系,最后,提出了控制锚固力损失的工程措施,可供相关锚索设计与施工时的参考。     

不同岩性条件下预应力锚索锚固力损失规律研究

影响预应力锚索锚固效果的因素多而复杂,并且各因素之间又相互影响。锚固力损失与岩土体性质密切相关,通过理论分析、试验研究、数值模拟等方法,研究岩土体的蠕变变形和压缩变形对锚固力损失的影响机理,对坚硬岩体、软弱岩体、破碎岩体以及土体所造成的预应力锚索锚固力损失规律进行研究,研究表明:岩土体性质不同,引起的预应力锚索锚固力损失也不相同; 岩土体质量越好,在相同初始锚固力条件下其锚固力损失就越小。该研究成果可指导锚固工程的设计、施工和运行管理,有利于提高锚固工程的经济效益和社会效益。     

锚索预应力初期与长期损失的预测模型研究

采用预应力锚索加固边坡是一种切实有效的方法。考虑锚索预应力变化与坡体蠕变之间的耦合效应,建立两种耦合模型并推导模型的本构方程和有效预应力的变化公式。基于实际锚固工程的预应力监测数据,采用反分析方法得到坡体的蠕变参数,划分预测阶段后采用相应的理论模型,通过理论计算值与实际监测值的对比分析,验证了分段预测模型的合理性和准确性。研究表明：在预应力预测的全周期采用单一的耦合模型,随着时间发展产生的偏差也随之增大;弹性模型与广义Kelvin模型并联（H-K模型）预应力曲线下降较快,适用于预测锚索锚固初期的预应力损失;弹性体上并联广义Kelvin（H-2K模型）能更好地拟合锚索预应力的长期变化。合理的分阶预测能够准确地评价锚索预应力的损失变化,为及时采取措施以保证边坡的稳定与安全提供科学依据。     

锚索预应力初期与长期损失的预测模型研究

采用预应力锚索加固边坡是一种切实有效的方法。考虑锚索预应力变化与坡体蠕变之间的耦合效应,建立两种耦合模型并推导模型的本构方程和有效预应力的变化公式。基于实际锚固工程的预应力监测数据,采用反分析方法得到坡体的蠕变参数,划分预测阶段后采用相应的理论模型,通过理论计算值与实际监测值的对比分析,验证了分段预测模型的合理性和准确性。研究表明：（1）在预应力预测的全周期采用单一的耦合模型,随着时间发展产生的偏差也随之增大;（2）（H-K）模型预应力曲线下降较快,适用于预测锚索锚固初期的预应力损失;（3）（H-2K）模型能更好地拟合锚索预应力的长期变化。合理的分阶预测能够准确的评价锚索预应力的损失变化,为及时采取措施以保证边坡的稳定与安全提供科学依据。     

考虑高边坡强卸荷的锚索锚固力耦合变化模型

在岩质高边坡锚固工程建设中,锚索的锚固力能否长期维持决定着边坡锚固工程的成败。因此,研究锚索锚固力的时效变化规律至关重要。以不同地区的高边坡锚固工程为例,讨论了高边坡强卸荷作用与工程初期锚固力快速损失的对应关系,并分析了在强卸荷作用影响下的高边坡锚索前期锚固力损失差异机制。通过案例总结出锚索锚固力变化模型的建立需要考虑高边坡强卸荷作用对锚固力损失的影响,基于锚固力损失与高边坡岩体时效变形的耦合效应,将引入转化时间K的西原流变模型与模拟锚索体并联,建立了锚索锚固力的耦合变化模型,推导出锚索锚固力长期变化的理论方程。结合锦屏水电站左岸高边坡LE1915排水洞与L2J连接洞K0+126 m下游附近的锚固力实测数据与已有理论模型对比,证明了新模型应用于开挖强卸荷的高边坡工程中的准确性,比以往的耦合模型具有更广泛的适用范围,不仅为高边坡锚固工程锚索锚固力的控制与补偿时间提供了理论依据和技术手段,而且对锚索锚固力的变化异常预警和高边坡工程的长期安全运营有重要意义。     

边坡锚固工程中广义Burgers模型的应用研究

流变是岩土材料的基本力学特性,流变效应是影响边坡变形及稳定性的重要因素。边坡锚固工程中,坡体介质应力调整和锚固力松弛直接影响加固坡体工程的稳定性,对工程安全性起着制约作用。考虑到坡体蠕变影响与锚固应力松弛的相互作用,结合工程实践,采用弹簧和Burgers并联模型进行锚索加固坡体的耦合蠕变分析,探讨其理论模型,获得了蠕变耦合模型的黏弹性流变参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。     

预应力锚索受力特性与初始张拉吨位优化分析

基于预应力锚索作用和锚固界面力学传递机制,建立了锚固界面应力计算模型,并提出了一种可以考虑锚固界面剪切滑移的锚索应力计算方法;基于锚索预应力损失机制,对造成预应力损失的各种因素进行了分析,并给出了各种因素影响下的预应力损失计算方法;基于锚索应力求解的基本理论,同时考虑整个施工过程中的预应力损失量,将洞室群开挖过程中锚索应力的变化量作为锚索初始张拉的安全余量,提出了一种预应力锚索初始张拉吨位计算方法。并据此编制有限元计算程序,以某水电站地下厂房洞室群为工程实例,验证了该方法的合理性。     

卸荷岩体锚固预应力损失的影响因素分析

讨论了影响卸荷岩体锚固预应力变化的岩体应力状态、岩体性质与流变、锚固时间、钢材松弛、施工质量、锚索结构与环境变化等因素,得出了不同因素对卸荷岩体锚固预应力损失的影响效应,并分析了各种影响因素与预应力损失的耦合作用,得出了相关的结论。     

水作用下黄土土层锚杆的预应力损失

为研究水的作用下,土层锚杆的预应力损失,作者进行了土层锚杆抗拔模型试验。利用所得数据,得到了锚杆预应力损失随时间变化的曲线、预应力锚杆的锚头位移随时间而变化的曲线等。在对所得曲线分析与讨论的基础上,得出黄土土层锚杆的预应力损失主要是由于锚固段土层的蠕变引起的,而且随着土体含水量增加,土体的蠕变性也愈加明显,使得锚杆最终因锚固力不足而被拔出破坏。并提出施工过程中,注意排水、选择优质材料、保证安装质量,同时注重超张拉和二次张拉,是补偿预应力损失,确保工程安全性的重要手段。     

考虑预应力损失桩-锚结构内力计算的加权残值法

针对已有锚索抗滑桩计算模型的不足,按锚索抗滑桩实际的受力过程,考虑了施工阶段锚索预应力的损失及桩体位移对桩锚协调方程的影响,分别在预应力施加和滑坡推力作用阶段建立计算模型,并基于加权残值法建立了锚索抗滑桩的内力与变形计算方法。同时,基于Matlab平台编制了锚索抗滑桩的计算程序,将该程序对已有的工程实例进行分析,并与现有的桩锚计算模型进行对比,结果表明,该模型能很好地体现锚索抗滑桩在预应力施加阶段主动受力这一特殊过程对桩锚位移协调方程的影响,且能考虑下排锚索施工对上排锚索造成的预应力损失;而且与现有的计算模型相比,本模型更加符合工程实际。     

孔道弯曲条件下拉力型锚索锚固段受力特征模型试验研究

预应力锚索技术作为一种有效的加固技术广泛地应用于各类工程中。由于地质因素和技术因素的影响,锚索在实际工程施工中极其容易发生钻孔偏斜或孔道弯曲等问题,尤其是在大吨位-超长孔深锚索钻孔中该问题尤为突出。为得到孔道弯曲情况下锚索的受力特征,开展了孔道弯曲条件下的室内足尺模型试验,用一定强度的混凝土来模拟岩体,并且预埋具有一定弧度的锚索构件,通过分级张拉预应力锚索来测量在受力过程中孔道弯曲情况下锚索锚固段剪应力、轴力等分布情况,并与孔道直线状态下受力特征进行了对比。试验结果表明,孔道直线状态时锚索锚固段内外两侧剪应力的分布规律与孔道弯曲情况下并不完全相同,在同级荷载张拉时,锚固段弯曲内侧剪应力比外侧剪应力值大;轴力沿锚索长度方向由大变小,直至为0;锚索围岩压力在注浆体内外两侧变化规律基本相同,但孔道内侧受压,外侧受拉。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;（2）对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

裂隙岩体加索支护模型及其工程应用

根据预应力锚索与裂隙岩体的联合作用机理，在深入研究了裂隙岩体的损伤断裂变形特性以及锚索的空问锚固效应后，建立了一种加索支护模型模拟锚索对裂隙岩体的加固效果。将建立的力学模型用于指导一岩体边坡工程的支护设计与施工,取得了显著效果。     

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。