孔道弯曲条件下拉力型锚索锚固段剪应力分布弹性理论分析

随着预应力锚索设计长度的增大,由于地质因素及施工技术的因素造成锚索孔道偏离设计的直线状态,形成具有一定曲率的曲线状态。为探讨拉力型预应力锚索锚固段弯曲条件下剪应力的分布,采用二维弹性理论方法,推导出了解析计算公式,得到锚索锚固段弯曲平面上的最内侧和最外侧的两条曲线上的剪应力分布情况。通过实例计算发现,与锚索孔道直线情况下剪应力分布相比,锚固段弯曲条件下内曲线的剪应力最大值比孔道直线状态时约增大2倍,外曲线的剪应力约为孔道直线状态时的50%,并且在外曲线上出现了约10 cm长度的反方向剪应力。可见,由于孔道弯曲造成了锚固段剪应力分布的不均匀,更易造成锚索内部结构的破坏。     

拉压分散型锚索锚固机制及工程应用研究

近年来,结合拉力型、压力型以及荷载分散型锚索特点于一体的拉压分散型锚索在工程中有一定的应用,但内锚固段锚固机制以及设计方法研究尚不成熟。基于Kelvin解,分别推导拉力分散型锚索和压力分散型锚索的内锚固段与周围岩土体之间的剪应力解析解,再根据叠加原理得到了拉压分散型锚索内锚固段剪应力简化计算方法;基于理论成果将拉压分散型锚索应用于工程实例中,分别进行了拉压分散型锚索的基本性能试验及与拉力分散型锚索的预应力损失对比测试。通过算例分析结果表明,单元锚固体的两端剪应力较大,中间较小,剪应力的分布特征与现有文献资料模型试验及数值模拟结果相吻合;根据锚索的基本性能试验结果,按照本文计算方法得到了压力段和拉力段剪应力峰值强度,与已有的研究成果根据岩石单轴抗压强度得到的压力型和拉力型锚杆锚固段剪应力峰值强度结果基本吻合;经对锚索预应力损失测试结果分析及工程的长期监测,拉压分散型锚索在工程应用中荷载传递稳定可靠,工程应用效果良好。     

地下洞室预应力锚索锚固机制及受力特性分析

采用隐式锚索单元模拟地下洞室预应力锚索,探讨了索体对岩体单元的等效附加刚度贡献。针对预应力锚索的受力过程,分别分析了预拉力和围岩变形作用下锚索锚固段的受力机制。基于两种作用下锚固段内力的叠加,提出了一种考虑锚固界面剪切滑移的预应力锚索受力分析方法。结合三维非线性有限元,给出了预应力锚索受力的一般求解步骤,然后将此锚索算法应用于乌东德水电站左岸地下厂房洞室群分期开挖。结果表明,锚索支护能够有效加固岩体,限制破坏区的发展;锚固段轴力和剪应力均在始端达到最大,沿深度方向逐渐衰减。计算得到的锚固力变化过程与实测值基本吻合,验证了该算法的合理性。     

自承载式预应力锚索现场试验研究

自承载式预应力锚索是一种不需要注浆即可进行张拉锁定的拉压复合型预应力锚索,适合于滑坡灾害应急抢险的快速锚固工程施工。本文结合现场试验数据,分析了自承载式预应力锚索的张拉力、锚索应力分布规律,并与普通拉力集中型锚索进行对比,阐明自承载式预应力锚索不仅有不注浆即可张拉发挥快速锚固作用的特点,同时自承载式预应力锚索锚固段的应力分布均匀,能充分发挥锚固段全长的锚固作用。     

预应力锚索孔内扩孔工艺的研究

预应力锚索技术是进行滑坡治理、边坡锚固等地质灾害治理中的常用技术,传统锚索内锚头自由地搁置在内锚固段孔内,在无预应力状态下进行内锚固段注浆;而自承载式预应力锚索在有预应力的状态下注浆,有利于充分发挥浆体材料及岩体的力学性能。对于中硬以下碎裂岩层,采取在锚固段进行扩孔,在扩孔段安装自承载式锚索承载体,承载体扩体后,利用孔壁的摩擦力和扩孔段端部的承载力进行初张拉锁定。因此,研究了一种适用于中硬以下岩层（抗压强度＜30 MPa）且适合使用空气潜孔锤钻进工艺的扩孔钻具和钻孔工艺,通过进行扩孔钻进室内试验,结果表明,该扩孔钻具和工艺能够实现在锚固段进行分段扩孔。     

岩石锚杆锚固段荷载分布试验研究

岩石锚杆锚固段荷载分布规律是岩土锚固技术的关键问题之一。在拉拔试验锚杆杆体测点应变数值采集的基础上,利用复合幂函数和高斯函数对实测数据进行曲线拟合,获得了临界破坏状态下的锚固段轴力及剪应力分布情况。试验结果表明：岩石锚杆锚固段剪应力的分布集中在锚固段的前部;高斯函数可以较好地描述临界破坏状态下锚杆杆体的轴力分布;界面破坏出现在界面峰值抗剪强度远大于界面所能提供的黏结强度情况下。研究结果为锚杆的设计与计算提供了理论依据。     

拉力分散型锚索锚固段荷载传递机制

预应力锚索是岩土锚固最常用的结构形式之一,使用的锚索类型越来越多。锚索锚固段的荷载传递是控制锚索性能和工程设计的关键,应用剪滞理论分析了锚固段的受力和荷载传递机制,并对拉力分散型锚索的锚固机制进行探讨。分析结果表明,拉力分散型锚索锚固段剪应力在软化段逐渐增加至峰值剪应力,随后减小,其分布模式与现场试验结果比较一致。     

预应力锚索的非局部摩擦分析

采用Oden等提出的非局部摩擦模型对预应力锚索锚固段进行受力分析。根据Kelvin问题的位移解导出预应力锚索锚固段的剪应力,得到了在非局部摩擦模型下的预应力锚索锚固段的剪应力积分解,再用Maple程序求解。通过对非局部摩擦模型和局部摩擦模型(库仑模型)下的剪应力结果进行比较,并分析了影响剪应力的非局部效应的相关因素,验证了其有效性和合理性。结果表明,非局部效应随岩体的坚硬程度和非局部效应尺寸的变化而变化。      

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

预应力锚索锚固作用机理的数值模拟研究

在探讨预应力锚索现场足尺试验实施难点的基础上,利用FLAC3D对预应力锚固体的应力、位移特点,不同的锚索刚度、岩土体弹性模量以及预应力大小对锚固体剪应力的分布规律的影响、塑性破坏区的转移趋势进行了数值模拟,拟合了剪应力呈指数函数关系的分布公式。在剪应力峰值不断向锚固端扩展的推断下,提出了注浆体接触面处的锚索极限锚固力的计算公式,具有一定的理论和实践意义。     

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。     

预应力锚杆内锚固段长度效应研究

为研究预应力锚杆内锚固段长度对杆体轴力及围岩支护效果的影响,将锚杆内锚固段长度与杆体总长度之比定义为内锚固段长度系数,根据锚固界面剪应力计算公式,推导锚杆轴力与杆体伸长量的关系式。在分析内锚固段长度系数对杆体轴力影响规律的基础上认为,在锚杆杆体总长度一定的情况下,减小内锚固段长度,可有效控制杆体轴力的增大。基于预应力锚杆加固围岩的组合拱理论,利用FLAC3D数值模拟技术,分析内锚固段长度对锚杆的预应力场及围岩支护效果的影响,结果表明:内锚固段长度的降低,有利于扩大锚杆的预应力场影响范围、提高围岩有效承载圈厚度、减少围岩塑性区深度和变形量。最后,讨论了通过改变锚固长度协调支护刚度的工程意义。     

基坑锚索预应力损失规律现场试验研究

受开挖施工及锚固地层的影响,基坑锚索预应力损失现象较为普遍。依托某实际工程开展现场试验,分析了张拉荷载大小、张拉锁定方式、无黏结段长度以及循环加载对锚索预应力损失产生的影响,进而对基坑锚索预应力损失形成机制进行了探讨。结果表明：锚索锚固体与周围地层发生的脱黏滑移是产生预应力损失的重要原因,锚拉力越大,锚索预应力损失越明显;对于分散型锚索,单根张拉锁定有利于减少其预应力损失;锚索无黏结段长度会对锚头刚度产生影响,其长度越短,锚索预应力损失越明显;多次循环加载可以将锚固体受荷产生的塑性变形进一步锁定,从而大大降低锚索在锁定后的预应力损失。相关规律和结论可为基坑锚索的设计与施工提供有益的参考。     

压力分散型预应力锚索张拉施工工艺研究

压力分散型预应力锚索由于单元间长度不同,在相同张拉力条件下各单元的应力状态存在差异,另外受挤压区岩体变形(锚头位移)和张拉设备等因素的影响,相对于拉力型锚索各锚索单元也易产生应力差异,当差异较大时,易造成个别单元应力超限或破坏,影响锚固效率和加固体安全.因此,施工中结合边坡岩体牲和张拉设备条件探讨科学的张拉工艺是压力分散型预应力锚索施工中的重要环节.文章以山东省某高速公路压力分散型锚索张拉施工为实例,通过对压力分散型锚索几种张拉方法的单元受力状态分析和同-三高速公路山东青岛段K14+600～950边坡工程检验成果,提出了压力分散型锚索先差异荷张拉后超荷载张拉的两序张拉工艺方法.为类似工程提供一定借鉴经验.     

基坑锚索预应力损失规律现场试验研究

受开挖施工及锚固地层的影响,基坑锚索预应力损失现象较为普遍。本文依托某实际工程开展现场试验,分析了张拉荷载大小、张拉锁定方式、无粘结段长度以及循环加载对锚索预应力损失产生的影响,进而对基坑锚索预应力损失形成机理进行了探讨。结果表明:锚索锚固体与周围地层发生的脱粘滑移是产生预应力损失的重要原因,锚拉力越大,锚索预应力损失越明显;对于分散型锚索,单根张拉锁定有利于减少其预应力损失;锚索无粘结段长度会对锚头刚度产生影响,其长度越短,锚索预应力损失越明显;多次循环加载可以将锚固体受荷产生的塑性变形进一步锁定,从而大大降低锚索在锁定后的预应力损失。相关规律和结论可为基坑锚索的设计与施工提供有益的参考。     

基坑锚索预应力损失规律现场试验研究

受开挖施工及锚固地层的影响,基坑锚索预应力损失现象较为普遍。本文依托某实际工程开展现场试验,分析了张拉荷载大小、张拉锁定方式、无粘结段长度以及循环加载对锚索预应力损失产生的影响,进而对基坑锚索预应力损失形成机理进行了探讨。结果表明:锚索锚固体与周围地层发生的脱粘滑移是产生预应力损失的重要原因,锚拉力越大,锚索预应力损失越明显;对于分散型锚索,单根张拉锁定有利于减少其预应力损失;锚索无粘结段长度会对锚头刚度产生影响,其长度越短,锚索预应力损失越明显;多次循环加载可以将锚固体受荷产生的塑性变形进一步锁定,从而大大降低锚索在锁定后的预应力损失。相关规律和结论可为基坑锚索的设计与施工提供有益的参考。     

拉力型锚索锚固段周边岩体的应力分布

采用弹性空间体内部一点受集中力的Kelvin解,推导了拉力型锚索锚固段的附加应力和位移分布的理论公式,并依此推出了锚固段周边的剪应力分布公式。在此基础上,讨论了锚固体、岩土体的力学参数对附加应力、位移和剪应力的影响。结果表明,锚固段周边岩体中的正应力场和位移为锥形,在锚固段的起始点上部形成了压应力场,下部为拉应力场,并以力的作用点为中心快速衰减。锚固段周边剪应力形成了一个锥面,并随远离作用点快速衰减。     

预应力锚索锚固段剪应力分布与锚固段长度研究

基于弹性理论,按照半空间体在边界上受法向集中力作用,对预应力锚索锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行模型研究。通过分析实际工程和现场试验中剪应力分布特征,引入与预应力、锚固段长度、岩体强度、胶结材料强度等相关的参数?和与剪应力最大值的位置、锚固段直径等相关的参数?后,可以较好地模拟锚固段的剪应力分布规律。根据锚固段胶结材料的抗压强度?c、内摩擦角?以及参数?与预应力大致成线性反比例关系,可以估算极限承载力。同时,按所述方法计算实际需要的锚固段长度Ls是设计锚固段长度Ld的2tan?倍。最后,实例分析表明,研究成果是合理的。     

小净距隧道中夹岩对拉锚杆控制机制与工程应用

小净距隧道中夹岩受到两侧开挖的剧烈扰动,处于单向或双向受力的不利状态,严重影响施工安全,而预应力全长注浆对拉锚杆常用于中夹岩的主动支护。为阐明对拉锚杆的作用模式和控制机制,建立相应的力学模型和解析方法,开展实测验证,并进行参数分析和工程应用。研究表明：对拉锚杆为中夹岩提供强力水平约束,并提高岩体力学性能,发挥挤压加固作用;对拉锚杆利用剪切摩阻改善浅层围岩受力状态,同时锚固深部岩体,具有承载传力效果;对拉锚杆轴力和剪应力均由两侧向中间非线性衰减,作用范围局限于浅层中夹岩,实测结果验证了理论方法的合理性;进行了对拉锚杆的参数分析,提出了对拉锚杆临界长度、合理锚杆直径等工程建议;结合京张高铁长城站小净距隧道实践,主动增强对拉锚杆设计参数,变更后围岩压力、拱顶沉降和水平收敛的实测均值分别降低12.2%、14.1%和10.2%,保障了隧道开挖的安全。     

桂柳高速公路某边坡锚固工程试验和监测

本文介绍了桂林-柳州高速公路某边坡锚固工程的工程试验和预应力的监测,得出拉力型锚索锚固段粘结应力分布是不均匀的,主要集中在锚索顶端1m范围内;压力型锚索锚固段粘结应力主要集中在锚索底端4 5m范围内,拉-压混合型锚索在拉力型锚索基础上增加了内锚板,使得锚索在底端和顶端均产生位移,很大程度上改变了锚索的受力条件,增大了锚索的安全度。预应力锚索锁定荷载值约为超张拉荷载的85%,永久荷载与锁定荷载值相近,超张拉系数宜选择1 10～1 20。