深基坑工程中预应力锚索受力机制的研究

预应力锚索能充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩土的自身强度和自稳能力,已经广泛地应用于边坡工程、基坑工程、地下工程等工程中。对于大部分预应力锚索,内锚固段是锚索的主要受力及传力部件,其受力机制主要体现在内锚固段的极限抗拔力方面。基于Hoek-Brown准则提出计算模型,并结合实际工程,对预应力锚索内锚固段受力机制进行研究分析。结果表明,当内锚固段尺寸及岩体参数一定时,极限抗拔力与灌浆压力呈线性相关。     

数值模拟法确定锚固段长度

为了准确地确定锚固段长度,满足锚索工程的设计与施工。运用数值模拟方法来计算锚固段剪应力和轴力的分布规律,从而进一步确定锚固段长度。模拟结果显示:锚固段剪应力分布曲线基本呈指数函数形式分布;而锚固段轴力在始端较大,并向末端迅速衰减。对于小湾电站片麻岩质边坡预应力锚索(1 000~2 000 kN)来说,其锚固段长度初步确定为:2.5~4.5m。     

预应力锚索施工中几个问题的探讨

积石峡水电站左岸建筑物基础及边坡开挖工程施工过程中,由于局部岩石破碎,节理发育,并有较大的断层裂隙,为了保证高边坡的稳定,对局部布置1000KN级预应力锚索,其基本设计参数如下:设计张拉力P(KN):1000;超张拉力(KN):1150(115%P);钢绞线强度级别:1860MPa;钢绞线股数:7;内锚段直径(mm):≥120;锚固段长度(m):7;锚索形式:粘结式锚索;本人通过施工技术管理,有几个问题对于其它类似工程,具有良好的借鉴价值。     

锚索失效对边坡稳定性影响的模拟试验

通过多组模型的室内模拟试验,模拟了锚固边坡在不同荷载条件下沿圆弧和折线2种模式的破坏过程,分析了不同岩土体边坡锚固失效时稳定性的不同特性,以及群锚作用条件下单锚失效时边坡的力学及变形特点,进而研究了边坡锚索失效对边坡稳定性的影响机理。研究结果表明:在荷载作用下,边坡上排锚索比下排锚索先破坏,失效锚索的锚固力会向其他锚索转移;圆弧破坏边坡不同位置的锚索失效对边坡稳定的影响与锚索所在位置关系不大,而折线破坏的边坡不同位置锚索破坏对边坡稳定性的影响不同。     

预应力锚索锚固机理数值模拟分析

预应力锚固技术是在预应力混凝土的基础上迅速发展起来的一项技术,随着高强度钢材和钢丝的出现以及钻孔和注浆技术的发展,预应力锚索在工程上得到了广泛的应用,并在改善岩土体的状态,提高岩土体的承载力和稳定性等方面的作用被大量的工程实践所证实。本文针对预应力锚索加固技术,采用数值模拟方法,对它的加固机理及其设计预应力锚索时应注意的问题进行研究讨论。     

基于连续-非连续单元法复合岩土体穿层预应力锚杆受力分析

边坡工程施工过程中,采用预应力锚杆施加预紧力可约束岩土体开挖后应力重分布作用产生的过大变形,增强岩土体自身强度。本文针对某边坡工程中预应力锚杆穿过多层岩土体的荷载传递及锚固承载特征问题,基于CDEM数值模拟方法,考虑复合岩土体中岩土层理结构面之间的非连续以及块体-杆件耦合计算问题,建立二维边坡复合岩土体桩锚结构数值模型,揭示复合岩土体中穿层预应力锚杆的受力特征。研究结果表明：①岩土层与锚固体极限粘结强度标准值越大,产生的轴应变越小,轴力传递效应越弱,锚杆轴力衰减率越高。②张拉第二、三根锚杆时,其杆体作用在张拉第一根锚杆之后岩土层自平衡后的应力场内,岩土体结构面产生的错动以及剪切蠕变导致预应力快速损失,其损失率比第一根锚杆大3%~4%。③该边坡工程中锚固角度在25°左右最优,既能控制水平向受力,也能防止坡顶沉降,桩锚结构整体稳定性较好。本文耦合复合岩土体建模-桩锚结构承载-参数优化,深入研究复合岩土体中穿层预应力锚杆受力及其参数影响规律,研究成果将指导复合岩土体中桩锚结构设计与施工。     

预应力锚索测试及分析

本文对在预应力锚索施工中进行锚固段长度与锚索抗拔力关系、锚固后锚索应力损失、锚杆锚固后应力状态、锚垫墩下土压力试验并分析。     

光纤光栅传感器对预应力锚索的受力监测

预应力锚索的受力状态监测特别是锚索内应力分布的监测是目前工程领域一大难题。本文提出将准分布式光纤布拉格光栅（FBG）内嵌至锚索材料-钢绞线中心丝的技术,以实现对其受力状态及应力分布进行监测。基于此技术,结合FBG监测原理和锚索锚固理论,以锚索锚固长度、FBG布设位置及数量为主要变化参数,设计了FBG自感知钢绞线材料并将其浇筑于钢管内作为锚索模型试件;并对FBG自感知钢绞线材料进行张拉标定试验和钢管锚索拉拔试验。张拉标定试验表明,内嵌于钢绞线中心丝材料中的准分布式FBG传感器成活率为100％,应变灵敏度集中在0.0012,应变-波长的拟合度皆超过0.999。拉拔试验结果表明,内嵌式FBG传感器可有效监测全长粘结型锚索轴力分布规律;且传感器可实现对锚固段、自由段应力传递规律的定点监测;为锚索浇筑长度的设计、张拉应力的补充提供了计算依据。     

锚固体锚根段的传力机理试验研究

基于理论分析、模型试验与曲线拟合方法，初步研究了由预应力钢锚索、水泥砂浆和混凝土体三种异质材料粘结复合而成的锚固体内锚根段界面性状、传力机理和界面应力；建立了钢锚索与水泥砂浆之间界面上作用应力表达式、径向开裂准则与滑移条件以及剪应力与位移之间关系式，提出了混凝土与水泥砂浆粘结界面的作用机制及其开裂时剪应力与正应力关系式、剪应力与位移关系式，为深入分析预应力混凝土锚固体或预应力岩锚体的锚固机理奠定了一定基础     

玄武岩纤维筋粘结式锚索的力学性能与破坏形式研究

基于10组玄武岩纤维筋(BFRP)粘结式锚索的静载拉伸试验,分析了不同环氧树脂胶粘结介质、锚固形式(锚固段中部索体削细缩颈处理与未削细)和索体束数对锚索力学性能与破坏形式的影响。研究结果表明:玄武岩纤维筋粘结式锚索单束BFRP平均极限承载力达143.85 kN,3束组合情况下极限承载力达389.61 kN,组合后筋材发生效率折减。由于筋材的脆性特征,锚索张拉过程中达极限强度后筋材易发生炸裂式破坏。对于BFRP粘结式锚索,影响锚固端锚固效果的主要因素为环氧树脂粘结介质的抗压强度与弹性模量。当单根BFRP筋端头进行削细缩径处理时,锚索的极限承载力降低。     

锚索加固边坡碎裂结构岩体模型试验

当前山区公路建设中,碎裂结构岩体边坡常常采用锚索加固.为深入研究锚索布置方式对碎裂结构岩体的加固效果,针对锚索加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验.根据多种锚固方案试件的试验结果,分析了锚索锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征.通过试验中不同布锚方式的锚索对模型试件强度变形的不同影响,对比了锚索布锚方式在各种模型试件中的锚固效果.分析得出:为充分发挥锚索的锚固能力,锚索的布置角度应与碎裂结构节理走向呈正交,且锚索应布置在碎裂结构岩体边坡的较高部位中.     

钢绞线-锚杆捆绑式支护结构加固边坡影响因素数值分析

为了更好地推广应用钢绞线-锚杆捆绑式新型支护结构,采用FLAC3D软件建立模型进行加固效果影响因素数值计算。研究结果表明：1锚杆张拉阶段,纵横梁对岩土体的主动挤压产生的被动压力为地基反作用力;锚杆工作阶段,边坡体产生滑移变形,纵横梁下的滑坡土体挤压框架梁产生的主动压力为地基反力;2钢绞线-锚杆支护结构加固效果的主要影响因素为锚杆预应力大小、锚杆锚固角大小和锚杆布设间距;3增大锚杆预应力是抑制边坡变形十分有效的手段,但是盲目增大锚杆预应力会引起边坡的主动破坏;锚杆预应力一定时,锚杆越趋近于垂直于边坡坡面的角度,锚固时锚固支护效果更佳;在其他参数一定时,适当减小锚杆布设间距有利于边坡稳定性的提高。     

黄土地区高边坡锚索预应力损失与土体蠕变耦合模型研究

预应力锚索锚固技术由于能有效控制边坡变形而得到广泛应用,但同时也出现大量因锚固力损失而造成工程失效的问题.建立以M-2K模型为基础,适用于黄土的锚索与边坡蠕变耦合的M-B-B模型,并推导其相应的本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与坡体蠕变之间的关系问题.以兰州市城关区某不稳定斜坡治理工程为例,采用遗传算法反算出模型土体蠕变参数,与已有M-K-B模型拟合情况进行对比.结果表明:M-B-B模型更适用于黄土地区的高边坡,可以用来长期预测预应力变化;由于该工程部分为填土,填土部分水平变形较大,使得在预应力损失稳定阶段之前存在预应力缓慢上升阶段,而M-B-B模型则能完美契合该变化;其研究成果可供锚固工程的设计、施工和安全运行参考.     

沿空掘巷预留煤柱宽度及支护方案的优化设计研究

煤柱留设宽度和位置合理与否,直接关系到本层位蝶层在回采过程中煤柱受力状态,所选择的巷道支护方式对巷道围岩的稳定性有决定性的影响。本文通过数值模拟,计算优化确定了预留煤拄的合理范围以及巷道锚杆支护方案与具体参数。     

基于预应力监测的锚固边坡整体稳定性分析

为研究边坡锚索的预应力损失规律及其对边坡整体稳定性的影响,采用智能弦式数码穿心力传感器对多锚加固边坡锚索预应力进行了长期监测,并结合最小耗能原理的塑性极限分析上限法对多锚边坡的整体稳定性进行了分析。研究结果表明：锚索张拉后其预应力均会出现不同程度的损失,作用于每级边坡中上部的锚索其预应力损失程度最大且有明显的波动现象,波动范围为2%~4%,在锚索预应力损失的3个阶段中,快速损失阶段锚索预应力的损失比重最大,约占总损失率的70%~90%;对边坡进行锚索加固虽可以显著提高其整体稳定性,但不应忽略锚索预应力损失的影响;作用于边坡中下部的各锚索是控制边坡整体稳定性的关键,在后期维护中应着重加强边坡中下部各锚索的预应力补偿,以显著提高多锚加固边坡的整体稳定性。     

预应力岩锚的应力场计算

为了合理设计高吨位预应力岩锚，必须清楚岩锚的应力场情况。本文采用非线性有限元法计算了胶结式预应力岩锚胶结体和基岩的应力及其分布。计算结果表明：锚根表面剪应力上大下小；对于岩石较硬的情况，同一断面上以钢丝束表面剪应力最大；最后破坏于胶结体内部。     

高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术

曲江矿212风巷属于深部高应力软岩巷道,原有的"锚索+锚杆+梯子梁+金属网"联合支护并没有从根本上解决大变形问题.通过数值模拟与实践经验,在原有支护的基础上分析了巷道破坏的原因并提出了预应力桁架锚索支护方案.实践表明:预应力桁架锚索与传统锚杆、锚索相比具有抗剪强度高和有效加固两帮减少顶板下沉等优点,能减小塑性区范围,提高围岩的稳定性.     

框架预应力锚杆支护黄土边坡土压力分布模型试验

在框架预应力锚杆支护边坡工程中,由于锚杆、预应力及堆载的存在,使得边坡应力状态复杂.以相似理论为基础,通过室内模型试验的方法,研究黄土地区框架预应力锚杆支护边坡的土压力分布规律.试验结果表明,锚杆预应力的大小、位置及其施加次序是影响边坡应力状态的主要因素.