基坑支护中锚杆预应力损失机理分析

目前基坑支护工程中,预应力锚杆加固技术已经得到广泛应用,但对于锚杆锁固以后的预应力变化规律还没有进行深入探讨研究,尤其是针对基坑侧壁为土质边坡的情况。针对锚杆锁固后,预应力的短期内损失和长期运行的稳定性缺乏全面的认识。通过对基坑锚杆预应力变化的系统监测和分析,揭示了锚杆预应力在运行过程中预应力变化的3个不同阶段,并分析了相应的作用因素。     

深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式的探讨

土钉与预应力锚杆的复合支护方式是当前基坑工程中经常采用的支护方式。结合工程实例,利用有限元软件PLAXIS,合理选择本构模型,对土钉和预应力锚杆复合支护方式和土钉墙两种支护方式的基坑边坡稳定系数和边坡变形进行了分析。分析结果表明,在土钉和预应力锚杆的复合支护方式中,预应力锚杆的位置比较重要,通常锚杆的位置越靠近坡顶,则锚杆发挥的作用越大,效果越理想;土钉和预应力锚杆的复合支护方式与土钉支护相比,位移有所减小,但合理选择锚杆的数量和预应力值对最终效果有一定影响;基坑边坡的局部放坡有利于控制基坑坑口的最大水平位移。     

预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法

以预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形为分析对象,假定潜在滑裂面为平面,并考虑土体分层开挖过程,将施加预应力作为一个施工工况,建立了预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形的增量解析方法。锚杆预应力和设置位置影响分析表明,随着锚杆预应力值的增加,潜在滑裂面的倾角逐渐减小,对基坑整体稳定性的贡献先增大后减小;锚杆设置越低,增加预应力对基坑整体稳定性的贡献越大。通过实际基坑支护工程的数值模拟分析与施工过程监测结果的对比分析,验证了考虑预应力锚杆施工过程特点的复合土钉支护体系增量解析方法的合理性。     

深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验研究

预应力锚杆柔性支护技术在软岩基坑中具有安全可靠、工期短、造价低的优点,已广泛的应用于工程实际中。针对压力型预应力锚杆在城市基坑项目中具有可拔除、节省土地资源的优势,结合大连胜利广场深基坑项目,研发了压力型预应力锚杆深基坑离心模型的制作方法,开展了应用压力型锚杆的预应力锚杆柔性支护技术作用于深基坑的离心模型试验,并采用FLAC程度建立了数值模型进行了对比验证,对基坑的变形、水平土压力、锚杆形式对锚杆预应力设计值的影响及其对滑移带的影响进行了研究。试验结果表明,不同的自由段长度导致压力型锚杆比拉力型锚杆要求具有更大的预应力设计值;压力型预应力锚杆离心模型与拉力型锚杆的FLAC数值模型都得到位置类似的直线型滑移带,二者进行了相互验证并说明压力型锚杆与拉力型锚杆这两种锚杆受力形式上的不同并没有对基坑的破坏机理造成影响。     

北京东坝中路红松园基坑支护施工组织方案

北京东坝中路红松园工程由多种建筑形式组成,根据其周边环境及岩土工程条件、地下水情况,基坑支护设计方案分5个区域采用4种不同的支护形式,2个区域采用土钉墙+预应力锚杆护坡桩方案,另外3个区域分别采用预应力锚杆护坡桩方案、挡土墙+预应力锚杆护坡桩方案、锚杆复合土钉墙方案。本文还介绍了基坑降水及抗浮设计情况以及基坑支护施工技术方案。     

正反锚具法预应力锚杆在基坑位移控制中的应用

<正>反锚具法是在基坑外侧,通过采用两个锚具反向放置锁定的方式,将锚杆的钢绞线连接起来的一种新型方法。将锚杆的钢绞线通过正反锚具连接,并在正反锚具上施加一定的预应力进行锁定,即成为正反锚具法预应力锚杆。正反锚具法预应力锚杆可有效限制基坑位移的增加。结合工程实例,阐述了该方法在某桩锚支护结构位移控制中的应用效果。结果表明,该法能够经济、可靠地控制基坑位移,在基坑预警和预防基坑事故中具有推广和使用价值。     

改进的杆系有限元在预应力锚杆柔性支护法中应用

现在基坑设计中常用的杆系有限元计算方法是基于桩墙和锚杆联合支护的,不适用于预应力锚杆柔性支护。根据预应力锚杆柔性支护法的施工特点,改进了杆系有限元计算模型,提出柔性支护的开挖荷载计算方法,使之可以适用于预应力锚杆柔性支护法。编制了相应的计算程序,最后对一个实际工程进行计算分析,结果表明,用改进后的杆系有限元方法可以计算出预应力锚杆柔性支护的基坑水平位移、锚杆轴力,计算值与实测值较为吻合。     

锚杆排桩基坑支护效果及其对周围环境的影响

利用理正深基坑软件,以具体工程的一侧基坑支护为例,分别改变锚杆预应力大小、锚杆排数和土压力调整系数,通过分析计算结果中位移、锚杆锚固段长度和钢筋用量的变化来研究其对锚杆排桩基坑支护效果及其对周围环境的影响。结果表明：对1排锚杆排桩,当预应力增加到一定值后,继续增加预应力值,对减小基坑位移的作用不大,但钢筋用量却会显著增加;用2排锚杆排桩对变形控制的效果明显,并且钢筋用量和对周围环境的影响均小;随着土压力调整系数的增加,基坑的位移、钢筋用量都在增加。因此,选择合适的土压力调整系数,让基坑发生适当的位移,才能使计算中采用的主动土压力和实际的土压力接近,使设计的基坑支护稳定可靠。     

复合土钉墙支护模型及在深大基坑工程中的应用

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构,将土钉与预应力锚杆结合形成复合土钉墙结构。根据土钉、预应力锚杆和土体的联合作用机理,提出钉-锚-土联合作用模型模拟复合土钉墙的支护锚固效应。将该力学模型用于指导设计一深大基坑支护工程,使基坑支护设计方案得到显著优化,确保了基坑开挖稳定和周边环境的安全,基坑支护获得圆满成功。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

Analysis of Inflatable Rock Bolts

An inflatable bolt is integrated in the rock mass through the friction and mechanical interlock at the bolt–rock interface. The pullout resistance of the inflatable bolt is determined by the contact stress at the interface. The contact stress is composed of two parts, termed the primary and secondary contact stresses. The former refers to the stress established during bolt installation and the latter is mobilized when the bolt tends to slip in the borehole owing to the roughness of the borehole surface. The existing analysis of the inflatable rock bolt does not appropriately describe the interaction between the bolt and the rock since the influence of the folded tongue of the bolt on the stiffness of the bolt and the elastic rebound of the bolt tube in the end of bolt installation are ignored. The interaction of the inflatable bolt with the rock is thoroughly analysed by taking into account the elastic displacements of the rock mass and the bolt tube during and after bolt installation in this article. The study aims to reveal the influence of the bolt tongue on the contact stress and the different anchoring mechanisms of the bolt in hard and soft rocks. A new solution to the primary contact stress is derived, which is more realistic than the existing one in describing the interaction between the bolt and the rock. The mechanism of the secondary contact stress is also discussed from the point of view of the mechanical behaviour of the asperities on the borehole surface. The analytical solutions are in agreement with both the laboratory and field pullout test results. The analysis reveals that the primary contact stress decreases with the Young’s modulus of the rock mass and increases with the borehole diameter and installation pump pressure. The primary contact stress can be easily established in soft and weak rock but is low or zero in hard and strong rock. In soft and weak rock, the primary contact stress is crucially important for the anchorage of the bolt, while in hard and strong rock it is the secondary contact stress that plays a vital role.     

利用锚杆轴力量测定围岩破坏区的方法

本文系统总结了锚杆轴力分布型式,分析了各轴力分布型式的力学机理。结果表明,在围岩不同区内,锚杆所受剪切力具有不同的特点,而且,锚杆所受剪切的特点在锚杆轴力分布中得到了反映。根据以上关系,提出了利用锚杆轴力量测确定围岩破坏区的方法。     

深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断机制及控制

针对深部构造应力作用下煤巷“肩角锚杆破断”问题,建立肩角锚杆力学分析模型,分析煤帮沿顶板滑移对锚杆的作用,得到肩角锚杆的受力、变形特征,揭示深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断机制,即在煤帮沿顶板的滑移剪切力作用下,杆体发生弯曲变形,且构造应力越大,弯曲变形越严重;肩角锚杆在煤岩层交界面处受到的剪力最大,而使得锚杆在交界面处易被剪断。针对深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断问题,提出“控让耦合支护”围岩控制技术,并成功应用于工程实践。     

深埋长隧锚杆对围岩支护效应的模型试验研究

采用新研制的环氧-硅胶系的相似模型材料,在解决一系列制作、安装、测试技术问题基础上,通过在大型真三轴模型试验机上形成相同的边界条件,从而对毛洞和锚杆加固模型、不同锚杆加固深度模型进行对比,得出锚杆加固后对围岩影响的规律,即锚杆加固区的应力较毛洞相应区内的应力均有所提高,而在锚杆加固区外围岩应力渐趋于此处毛洞的应力值;锚杆加固区中的最大应力一般也成了整个隧道围岩应力的最大值或接近最大值;锚杆的锚固作用还使毛洞中出现的拉应力状态转化为加固区内岩体的压应力状态。随着支护深度的加大,洞壁处的径向及切向压应力也在不断提高,从而利于增大岩体稳定性;同时,锚杆支护模型在不同加载级下应力分布趋势相同,也说明一定埋深范围内、不同埋深的软岩洞室中锚杆支护对围岩的影响是相同的;通过支护前后模型的应变差对比看出,在拱顶和拱腰分别形成了曲线和近似直线的径向应变差分布,对比结果为研究锚杆机制中的锚杆剪应力分布提供了试验基础。     

隧道围岩全长黏结式锚杆界面力学模型研究

分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆轴向位移的微分方程可得到锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷和锚固界面剪应力的分布函数。然后将锚杆界面剪应力对围岩的支护反力转化为圆形隧道轴对称径向体积力,进而求解有锚喷支护作用下圆形隧道围岩塑性区半径。在此解析模型基础上,可对隧道围岩-支护系统进行详细的分析和评判。算例分析表明,初期支护时机的选择对锚固效应和围岩稳定性有较大影响;适当增加全长黏结式锚杆的锚固层厚度能明显降低锚杆端部剪应力的应力集中度,能有效改善锚杆的锚固效果。     

爆破振动下围岩支护锚杆动力响应解析解

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响,采用结构动力学理论,从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律,计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化,研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明：自由段锚杆的轴力和轴向振速呈现指数型衰减,而锚固段锚杆的轴力和轴向振速以及剪应力呈现正弦变化,整体表现为先增大后减小。锚固长度对锚杆振动效应影响较大,不同锚固长度时锚杆受力状态不同,在锚杆满足抗拉强度的前提下,可以适当减小锚固段长度。剪切刚度对锚杆的振动有一定的影响,剪切刚度越大,锚杆与锚固砂浆之间的剪应力也越大。故为了防止锚杆不发生剪切破坏,尽量选择剪切刚度较小的锚固剂材料。研究成果对掘进爆破安全技术的提高具有一定的指导意义。     

均质边坡离心试验锚杆的应力响应及布设探究

以低碳钢片模拟全长黏结锚杆,开展均质岩质边坡离心模型试验,研究了锚杆的应力响应规律。基于试验模型锚杆应力响应规律启发及实际均质边坡变形破坏演变规律,提出仅针对边坡松弛区进行局部强度折减,数值模拟探讨了均质岩质边坡单锚应力监测的较佳位置。结果表明:均质岩质边坡变形破坏起始于坡脚的剪切破坏,且随着边坡变形破坏的开展,靠近坡脚的全长黏结锚杆会较早产生明显的应力响应,锚杆应力增长速率会不断增加;锚杆应力监测点距离边坡潜在滑动面（塑性变形区）越近,锚杆应力响应时间越早,且量值越大;建议在距离坡脚0.25~0.35 H（H为边坡高度）的坡面处布设监测锚杆,但对于具体监测边坡对象,应具体问题具体分析。研究成果可为均质岩质边坡的锚杆监测工作提供一定的参考借鉴。      

锚杆(索)作用力学特性分析及让压试验

在对锚杆(索)作用机理及其对岩体作用力学效应分析的基础上,研究了锚杆(索)受力及变形特性,探讨了在锚杆支护中使用碟形托盘及其组合体进行让压支护的可行性,使支护体在高应力大变形或瞬间冲击荷载下,在确保锚杆承载力不受影响前提下有一定变形,通过释放部分应力来实现减少或避免锚杆破断,有效地提高锚杆的支护效果。      

岩体隧道锚固作用分析

在工程实例中利用数值模拟方法对考虑和不考虑松动圈的岩体,在不同工况下锚杆加固前后的径向、环向应力,径向、环向位移以及锚杆轴向应力进行全面比较分析。研究锚杆和松动圈对隧洞围岩力学性质的影响,结果表明考虑和不考虑松动圈相比,洞室表面径向位移要明显大一些,而且外界载荷越大,二者的差值越大;在锚杆加固作用下环向应力峰值无论是否考虑松动圈,其出现位置都较加固前向洞壁方向移动,同时围岩径向位移在加固前后变化很大,随着外界载荷的增大,径向位移减小越明显。锚杆支护的主要作用之一是控制围岩的变形和发展,通过锚杆加固改善应力环境来提高围岩的稳定性。     

横肋对螺纹钢树脂锚杆荷载传递的影响

螺纹钢横肋的外形及尺寸显著影响树脂锚杆的锚固能力。为分析横肋对螺纹钢树脂锚杆荷载传递的影响,将拉拔条件下的螺纹钢树脂锚杆简化为轴对称模型,基于剪切-位移原理导出了关于剪切位移的二阶周期间断变系数齐次微分方程,对周期间断变系数进行Fourier变换,基于MATLAB求解出横肋影响下螺纹钢树脂锚杆剪切应力分布规律,并与圆钢锚杆进行对比分析;采用ABAQUS对螺纹钢锚杆受力进行模拟分析,并与理论分析结果对比验证;提出横肋应力集中因数F,对横肋的影响范围与影响程度进行了分析。研究表明,螺纹钢锚杆剪切应力沿锚杆轴向呈锯齿状递减分布;锚杆有效锚固承载区域内横肋应力集中因数F范围为[1.875,2.156];300 MPa拉拔荷载条件下横肋附近剪切应力峰值可达36 MPa,预示着锚固系统易从横肋附近损伤破坏。