压力分散型锚索与普通拉力型锚索的对比

通过三福高速公路SA13合同段K248+230~334右侧三级边坡护坡工程施工实践，从受力原理、杆体材料、锚索结构、理论伸长量的计算、张拉程序等方面对压力分散型锚索与普通拉力型锚索进行了对比，分析了二者的差异。     

拉力分散型土层锚索工作机理与性状

通过简化理论计算及锚索原位拉拔试验实测抗拔承载力等多种方法分析阐明了土层锚索存在临界锚固长度及其确定方法。提出了拉力分散型锚索是工程实践中解决土层锚索中存在极限锚固段长度问题简单易行的方法,并对拉力分散型土层锚索的工作机理及性状进行了分析与说明。     

预应力锚索锚固段荷载传递解析算法

锚固是岩体工程增稳的主要措施,对充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩体自身强度和自稳能力有着十分重要的作用。由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固机制、设计理论以及计算方法都不够完善。现有的锚固段荷载传递解析解存在两大难题,一是没有反映锚固段应力变化过程,随着荷载不断加大,接触面是逐渐被破坏,剪应力的峰值将由端口逐渐向内转移;二是在端口处是一个应力奇异点,难以很好地解决。通过对当前多种锚固段荷载传递解析解的适用性及局限性进行分析归纳,指出应将锚固段应力分布划分为弹性、塑性和破坏3个阶段,在不同的阶段应力分布形式不一样,不能一概而论。在此基础上,基于传递系数,针对沿锚固段剪应力呈非均匀性分布形式,提出了一种能反映这3个阶段变化规律的荷载传递解析公式,获得了锚固段剪应力和轴力的分布规律和影响因素。对各解析解方法求出的临界锚固长度进行了算例对比,证实所提算法是合理和有效的。该算法适用于预应力锚索锚固段工程设计。     

压力分散型锚索锚固段荷载分布特征的现场试验研究

根据压力分散型锚索的设计理念,研究外部荷载作用下锚索锚固段各单元体中的荷载分布特征与有效受压锚固长度,为压力分散型锚索的锚固支护提供设计依据。试验锚索全长为32 m,锚固段长为18 m,各单元体长度均为4.5 m,通过在锚索锚固段安装微型高灵敏度应变传感器的试验方法,得到锚索锚固段的荷载传递规律与分布特征。试验结果表明：依据现有锚索规程中对压力分散型锚索的张拉方法,锚索各单元体并未起到均匀分担外部荷载的作用。随着外部荷载的逐渐增大,位于锚固段中间部位的第2单元体与第3单元体的受荷值要明显高于两端第1单元体与第4单元体的受荷值。锚索锚固段也并不是完全处于轴向受压状态,且各单元体的有效受压锚固长度也并不相等,第1～4单元体有效受压锚固长度分别为1.5、2.9、2.8、4.5 m,有效受压锚固长度整体分布特征表现为第1单元体 第2单元体 第4单元体,而第2单元体与第3单元体的有效受压锚固长度相近。     

压力分散型锚索与拉力集中型锚索抗振性能研究

京石客运专线石家庄明挖隧道工程与既有京广铁路线近距离并行长达5 km,为了摸清列车动载对桩锚支护结构的影响,以及不同锚固形式对动载的响应特点,特在该隧道设立压力分散型锚索试验段,与现场普遍采用的拉力集中型锚索锚固段相对照,进行长期应力、应变量测。在此基础上,对实测数据进行了系统的整理和分析,对比了压力分散型锚索与拉力集中型锚索在应对动载方面的不同特性。研究表明,压力分散型锚索的抗振性能是拉力集中型锚索的5倍,而且具有应力调整时间短、长期抗振性能稳定,预应力损失幅度小、比例低的优点。     

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。     

压力分散型锚索内力变化规律试验研究

对压力分散型锚索的每个承载体单元采用了分级循环加载的方法,通过新的地质力学模型试验,研究压力分散型锚索各单元内力变化规律,并根据试验方法和压力分散型锚索锚固段的受力状态,导出了分级循环加载条件下接触面满足摩 尔-库仑强度条件时的弹性理论解。试验结果表明,在软岩和粉土地质条件下,前者的注浆体应变和剪应力分布相对后者比较集中,加载过程中单元间影响相对较小;基于摩尔-库仑准则的弹性理论解可以较好地描述锚索注浆体在分级循环加载后的应变和剪应力分布规律。研究结果对正确分析压力分散型锚索加固作用机制和锚固工程设计具有较好的参考价值。     

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。     

预应力锚索锚固体破坏与锚固力传递模式研究

预应力锚索的破坏机理及锚固力传递模式随锚索形式及结构的不同而不同。对锚固体的一种破坏模式及锚固力渐进破坏时的传递规律进行了研究,总结出了该模式块体稳定性判据及渐进破坏时的锚固力传递递推公式,对预应力锚索的施工设计及机理研究有一定的参考价值。     

压力分散型锚索作用效果的数值模拟分析

通过FLAC3D程序,用实体单元模拟了岩体和砂浆体,用结构单元来模拟锚索,在砂浆体和岩体间设置接触面,对锚索施加预应力时采用新的建模方法,即通过结构单元来模拟压力分散型锚索的承压板,代替在承压板的位置施加均布力的方法,建立预应力锚固数值仿真模型.通过模拟试验,分析了接触面单元、岩体单元以及砂浆体单元的应力云图等,更加清晰地显示了压力分散型预应力锚索作用下岩体沿锚索轴向的应力、砂浆体与孔壁之间的粘结应力分布等情况.     

高边坡压力分散型预应力锚索施工工艺研究

压力分散型预应力锚索由于具有较多优点而在复杂高边坡加固工程中应用得越来越广泛,施工中结合边坡岩体性质和设备条件,科学合理地选择施工工艺是其取得理想效果的关键环节。结合金－丽－温高速公路17标段工程实例,从施工组织、现场试验、钻孔、注浆、张拉、监测等方面对压力分散型预应力锚索施工工艺进行了详细论述,为类似工程提供一些借鉴经验。     

考虑孔壁界面滑移-软化的预应力锚索锚固段侧阻力分布

较多理论分析得到锚索锚固段侧阻力的沿程分布呈下凹衰减曲线,与工程实际的单峰曲线差异很大,缘其全程粘结、共同变形假设不甚合理。作者采用简便的荷载传递法,分析了全程粘结所满足的变位协调条件,导出了滑移临界荷载判别式。分析认为,由于孔壁界面滑移的软化效应,侧阻力曲线始端变为上升曲线。因此侧阻力曲线由两部分组成:侧阻力峰值之前部分为始端滑移段,呈上升曲线;而侧阻力峰值之后的部分为粘结段,呈下凹衰减曲线。在锚固的理论分析中,应对界面滑移及软化因素对侧阻力分布的影响予以足够重视。     

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。     

土层锚固体应力传递机制

基于锚固体轴对称受力特征开发了一种土层锚固界面试验装置,结合二维数字散斑相关方法,获得随着荷载加大锚固体周边土体的位移场及应变场变化规律。试验结果表明,锚固体的位移带动周边土体变形主要出现在靠近锚固体的一小薄层范围内,其变形具有范围稳定、连续、线性和剪胀等特征。采用与Coulomb屈服条件相关联的流动法则建立锚固体界面层的本构关系,并推导出了锚固体在拉拔荷载条件下的轴力和剪应力分布的表达式。分析结果表明,锚固体上的剪应力分布的均匀程度与土层密实度密切相关,土层的密实度越低,其抗力系数、内摩擦角越小,则锚固体上的剪应力分布越均匀,而抗力系数和内摩擦角较大的土层,其剪应力分布特征与岩石锚固体的理论及实测成果相似。     

预应力锚索工作应力的检测方法——拉脱法的检测机制和试验研究

拉脱法可用于对预应力锚索的工作应力进行检测,它是通过对张拉荷载-锚索伸长量曲线中拐点的判断或对锚具与锚垫板脱开时刻的判断获得预应力锚索工作应力的一种微损检测方法。本文对拉脱法检测预应力锚索工作应力的机制进行力学分析,并对其误差进行理论分析,包括岩土体和锚具回弹、工作锚夹片缩进以及千斤顶滑移等对检测结果的影响。通过对拉脱法的机制分析和检测精度研究,验证了理论分析的正确性,并表明：可通过张拉荷载-位移曲线转折区段的上、下限平均值获得预应力锚索工作应力。当工作荷载为极限荷载的75%时,检测误差约为2%,满足工程检测要求。研究结果为拉脱法在锚索工作应力检测的工程应用推广提供了理论和试验基础。     

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。     

风化岩体中压力型锚索锚固段的剪应力分析

岩体在风化过程中,其物理力学性质会随着风化程度的不同有所差异。结合均质岩体中压力型锚索受力特点,以及内部对称荷载作用下横观各向同性弹性体内的剪应力分布特点,推导出了压力型锚索在横观各向同性弹性岩体内的剪应力分布方程。假定风化岩体为横观各向同性弹性体,其弹性模量及剪切模量均按指数函数变化,分析结果表明：①由于风化岩体的弹性模量随着深度的变化,锚索锚固段的剪应力也随着岩体的弹性模量的增加（减小）而增加（减小）;②在承压板附近,锚索锚固段的剪应力随锚索孔半径的增加而减小,由于风化岩体剪切模量的变化,因而导致剪应力的变化量很大;③在承压板附近,锚索锚固段接触面上的剪应力随着垂直于岩体横向等向面的剪切模量的改变而相应的改变。研究成果可为实际工程中压力型锚索设计提供参考。