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。     

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。     

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。     

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。     

基于串联流变模型的锚拉力松弛分析方法

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的锚索-滑床-滑体-坡面抑制件的四体串联式流变模型,推导了锚索拉力松弛的计算方程。实例分析表明：所提出模型的锚索拉力松弛计算值与试验或实测结果的误差小于既有模型的计算误差,计算得到的锚索拉力松弛收敛值的最大计算误差约为11%,松弛历时的最大误差约为10%;锚索拉力松弛率随锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增大,随锚孔间距、滑床和滑体的滞后弹性模量与黏滞系数（尤其初期阶段）的增大呈非线性减弱,而滑床和滑体的瞬时弹性模量、坡面抑制构件的弹性模量均对锚索松弛效应影响很小。所建立的方法可用于定量评估预测预应力锚索加固坡体的锚拉力松弛效应,进而可用于分析锚固边坡长期稳定性。     

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。     

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。     

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     

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。     

预应力锚索地梁在矿山已变形边坡加固中的应用

岩土锚固是边坡岩土体加固的主要措施。以酒泉钢铁（集团）有限责任公司镜铁山矿黑沟矿区已变形边坡加固工程为例,利用Slide软件进行边坡稳定性分析及支护结构设计计算,对已变形边坡采取预应力地梁锚固+坡顶防渗排水+主、被动网防护+随机锚固的综合治理工程措施,阐明了高边坡预应力锚索地梁的一般程序与方法。实践表明,采用以预应力锚索地梁为主的综合防治措施,对已变形高边坡的变形控制和支护效果较好。     

预应力锚索的预应力损失机理研究

预应力锚索结构的预应力损失问题是造成锚索失效的关键问题。在具体分析影响预应力损失的各种因素的基础上,给出了各因素导致预应力损失的具体计算方法。特别对长期荷载下预应力损失机理进行了分析,其中钢绞线采用松弛模型;围岩体采用流变模型;灌浆材料采用蠕变模型进行预测。并给出了相应的理论计算公式,为预应力锚索设计、施工以及工后管理等提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

低围压下锚固点应变传感光缆与土体变形耦合性试验研究

应变传感光缆与被测土体之间的耦合性是决定分布式光纤监测准确性的关键。为解决土工模型试验中传感光缆与被测松填砂土间的变形耦合性问题,本文研制了一种锚固点应变传感光缆,并利用自制的光缆-土体耦合性试验装置,开展了相关的光缆拉拔试验,探究了低围压下锚固点对应变传感光缆与砂土之间耦合性的影响及作用机理。研究结果表明:光缆的轴向应变随拉拔位移的增大而增大,但应变传递被限制在0.35 m以内;相同拉拔位移下,锚固点应变传感光缆比普通传感光缆需要更大的拉拔力;锚固点大大降低了应变梯度,使应变在一定范围内呈现出平均化的特征,影响范围为锚固点前后0.05~0.075 m以内。提出了耦合性的提升率指标,以此定量评价锚固点对增强光缆与土体耦合性的作用效果。本次试验中锚固点的提升率为97.41%,表明锚固点可有效增强光缆与土体的耦合性;同时,提出了一个力学模型来模拟锚固点应变传感光缆在松填砂土中的拉拔过程,准确地描述了光缆拉拔力与锚固点受力和光缆表面摩擦力之间的关系。研究成果对于土工模型试验中分布式光纤测试技术的应用提供了科学依据。     

Q_2黄土流变特性及其统计损伤流变模型

通过对西安地区不同湿度原状Q2黄土的单轴蠕变试验和三轴蠕变试验,得到了Q2黄土的单轴、三轴蠕变曲线和应力-应变等时曲线。试验曲线分析表明,Q2黄土具有明显的非线性流变特性。Q2黄土的粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑损伤门槛值的统计损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了考虑瞬时损伤的统计损伤流变模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够很好地模拟黄土流变非线性特征,该模型不仅参数较少,而且适用性较广。