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。     

类土质边坡锚固特性的试验研究

利用锚索抗拔及预应力损失现场试验方法,测试了岩质边坡和类土质边坡的锚固能力及锚索预应力的损失,并计算得到了不同地层中的粘结强度,绘制出锚固体的荷载-位移曲线。试验结果表明,硬岩地层中仅须锚固2～4 m就能提供近 1 000 kN的锚固力;采用20 %～25 % 的超张拉即能达到锚索设计中锚固力的要求。同时,通过锚索的变形与刚度的分析,为类土质边坡锚固工程的设计提供了合理的刚度参数。     

预应力锚索锚固力损失与岩土体蠕变耦合效应研究

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生,锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系,建立二者之间的耦合效应模型,确立二者之间的计算关系式,为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。通过理论分析和模型研究,在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型,并进行了模型验证。研究结论：（1）建立了与工程实际相符合的锚索锚固力变化和岩土体蠕变的耦合效应计算模型,正确反映了预应力锚索锚固力损失和岩土体蠕变之间的关系,推导出了其本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与岩土体蠕变之间的计算关系。（2）通过耦合效应计算模型的蠕变方程,在材料参数已知的情况下,可以计算出边坡蠕变影响引起的锚索锚固力损失量,并结合实际工程中监测到的锚索应力数据进行对比分析,就能够准确地了解、评价锚索锚固力的异常变化情况,指导实际工程中的设计和施工,保证工程建设过程中的安全性。（3）通过耦合效应计算模型的松弛方程,可以对预应力锚索受力状态的监测数据进行分析整理,通过对锚索锚固力损失量的数据进行反分析,分析岩土体的蠕变参数,根据蠕变介质的材料特性,计算岩土体蠕变量,根据蠕变量判断预应力锚索锚固工程的安全性和可靠性,指导锚固工程的安全运行管理。     

基于正交试验设计的边坡预应力锚固参数敏感性分析

阜新海州露天煤矿北帮边坡采用预应力锚固措施进行治理。本文为了给预应力锚固参数的选取提供可借鉴的依据,利用正交试验设计对预应力锚固参数(锚索间排距、预应力、锚固角、锚固段长度、锚索长度)进行了敏感性分析。分析结果表明,这5个参数对边坡稳定性系数的敏感性由大到小依次为:预应力、锚索间排距、锚索长度、锚固段长度、锚固角,预应力和锚索间排距是影响稳定性系数的主要因素。     

福堂水电站震后厂房边坡锚索加固及应力监测与分析

“5·12”汶川大地震后,震区边坡稳定性受到严重破坏,出现多种破坏形式,如崩塌、滑坡、变形等等。不稳定边坡存在巨大的安全隐患,所以对边坡进行加固势在必行。预应力锚索是高边坡危害防治的主要手段,将大吨位的预应力锚索锚固于边坡体内稳固的岩层中,通过施加预应力,可抵抗边坡体深层破坏和变形。锚索预应力变化监测对于岩土锚固工程具有重要意义,它通过监控施工过程中及工后的预应力状态,检验加固工程是否达到预期效果,根据长期的监测结果对坡体稳定状态做出评价,并决定是否需要采取适当的补救措施。结合福堂水电站震后厂房边坡锚索加固及其应力监测,探讨了压力分散型锚索应力损失及变化规律,对岩土锚固工程设计、施工提供技术支持。     

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。     

双锚固段新型锚索锚固性能研究及工程应用

为探究高路堤、深路堑边坡锚固系统耐久性以及锚固效果,研制了一种内外双锚固段新型锚索,从其结构设计、结构特点及锚固机理入手,分析其受力模式与计算方法,并通过室内足尺模型试验分析双锚固段新型锚索锚固效果,试验结果表明,（1）外锚固段有效的起到了双重锚固作用;（2）双锚固段锚索系统能有效避免因锚索失效导致的预应力损失;（3）整个锚固系统能实现反向自锁功能,与传统的锚索比,安全可靠性更高,能有效避免因锚索破坏突发灾难性的安全事故,长期性价比高;（4）工程实例验证石炭系岩关组砂岩、泥岩及深灰色灰岩呈互层地层外固段长度不少于8 m,才能有效地避免外锚头失效自由段预应力不损失。试验结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机制和工程设计应用具有一定的参考价值。     

基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对,拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程,将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标,避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中,并将抗震全局极限响应面与基于"均值最不利滑动面"的极限响应面进行了对比,结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大,特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线,表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性,可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。     

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。     

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。     

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。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。     

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。     

锚索与锚杆联合锚固支护岩坡的有限元分析

针对广东某高速公路74 m高的7级挖方边坡,采用三维弹塑性有限元数值计算方法分析山区路堑开挖岩质边坡的锚固支护的受力情况。分别计算了坡体无锚和3种不同的锚固方案。通过坡体无锚方案的计算确定坡体的滑动面并为锚固方案的设计提供依据。3种锚固方案中的预应力锚索和锚杆按不同方式进行了组合。所建立的锚固坡体三维有限元分析模型对锚固坡体进行了合理简化并节约了计算量。计算中锚索的预应力采用预先施加应变的方式施加。计算分析表明,边坡加锚后可显著减少边坡塑性区。实际工程中采用预应力锚索和锚杆交错布设方案进行边坡锚固支护可较好地达到安全与经济并重的边坡处治原则。现场监测结果表明,锚固边坡有限元分析合理可行。     

湿陷性黄土边坡预应力锚索耐久性与改善措施研究

随着预应力锚索在湿陷性黄土边坡加固工程中的广泛应用,其耐久性问题就变得日益突出,湿陷性黄土边坡预应力锚索出现了较多因预应力损失而引起的失效事故。基于湿陷性黄土边坡预应力锚索运行现状进行研究,研究表明:黄土腐蚀性对边坡预应力锚索耐久性影响微弱,黄土湿陷性和地质条件变化对边坡预应力锚索耐久性影响显著;通过采用加强排水措施、提升浅部注浆工艺和注重运行维护等措施可以改善湿陷性黄土边坡预应力锚索耐久性;改善后的预应力锚索在监测期内处于平稳波动的服役状态,运行效果良好。本研究以期为湿陷性黄土边坡预应力锚索的设计、施工和运行维护等提供借鉴。     

框架锚固类土质边坡预应力传递规律的研究

将框架梁视为刚性梁,从而将锚索集中力转化为加在坡面上的矩形分布力,根据类土质边坡的工程特性,将边坡土体视为弹性体,推导了框架预应力锚索作用下坡体内任一点的预应力传递系数计算方法,得出了锚固预应力自坡面向坡体内的传递规律,并以G323改造工程某实际边坡为原型进行了离心模型试验,得出了预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律,离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合。研究表明,在分布力作用下,类土质边坡岩土体的塑性形变相对于集中力作用时减小很多,坡体更多表现为弹性体,预应力分布系数受预应力大小的影响减小。相对于无框架单锚,框架预应力锚索措施中,锚索引起的高压应力得以很好的分散,压力分布系数由0.90左右降到了0.40左右,压应力集中程度减小约56%,从而在很大程度上减小了边坡浅层土体的压缩变形,减少了预应力损失,有效地提高了锚固效果,锚间距可由单锚的3.2 m增大为4.2 m左右     

岩质边坡预应力锚索加固的优化设计方法

预应力锚固是改善岩质边坡稳定性的主要手段,尤其在水利水电工程建设中,通常采用预应力锚索(杆)来加固不稳定的边坡。然而,至今为止,用于确定预应力锚索长度、间距、锚孔直径及单束锚索荷载等参数的设计方法仍然是没有很好解决的问题,所用方法大多过于保守。在分析锚固系统失效模式的基础上,应用优化与决策分析的理论,提出了确定岩锚设计参数的优化方法,并分别对锚固间距、锚固角、锚索荷载及内锚段长度进行了优化分析。实践证明了该方法的经济性及可行性。     

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。     

地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析

稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。     

锚索框架梁加固平面滑动型边坡地震动力响应

设计并完成了一个缩尺比例为1:20的锚索框架梁加固平面滑动型边坡的振动台试验,通过改变输入地震波类型和峰值,研究了边坡体及支护结构的动力响应特性。试验结果表明：锚固边坡体的整体稳定性较好,地震造成的破坏主要为滑体顶部震碎和无约束坡面岩土体剥蚀、掉块;地震波在经过软弱夹层时存在能量聚集效应,不同地震波下滑体重心处加速度放大系数的差异性随输入地震波峰值的增加而减小;锚索在地震时表现出协同工作的特性,预应力损失最先发生在坡顶,然后向坡体中下部转移;在锚索框架梁的抗震设计时,应考虑边坡体上部的加速度放大效应和锚索预应力损失对边坡整体稳定性的影响。试验结果为合理考虑预应力锚索框架梁的抗震设计提供有益的参考。