浅谈压力分散型锚索的设计方法

边坡加固技术是工程界一直关注的重要课题,边坡开挖后坡体内应力调整和位移变化的复杂性,对加固技术有了新的要求,而在此方面国内起步较晚,且多数采用拉力（分散）型锚索对岩土体实施预加力。经过大量实验结果表明,在破碎岩体、土体中,当锚索长度大于8～10m后,拉力分散型锚索的承载力无法获取较高的锚固力,而压力分散型锚索的受力性能不仅合理,而且在破碎岩体、土体地层中能够提供较高的承载力,本文结合哈西车站深路堑边坡支挡实践,简要介绍压力分散型锚索受力原理及锚索设计。     

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。     

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。     

拉力集中型与压力分散型预应力锚索锚固机理

利用有限差分程序FLAC对一种新型预应力锚索--压力分散型锚索的锚固机理进行了数值模拟研究.与拉力集中型预应力锚索相比,压力分散型锚索具有许多优点,尤其适用于对大变形软岩工程的锚固.对比分析结果表明:压力分散型锚索锚固段浆体轴力峰值仅为拉力集中型锚索的1/n(n为承载体的数量),且浆体处于受压状态;锚固段浆体-岩体界面上的剪力峰值也小于拉力集中型锚索,并沿内锚固段轴向均匀分布;在相同条件下,压力分散型锚索比拉力集中型锚索能提供更大的锚固力;适当增加承载体的数量是提高压力分散型锚索锚固力,改善锚固段浆体受力状态的有效途径.     

预应力锚索荷载传递与锚固效应计算

考虑岩体的损伤特性,根据剪切位移法,推导锚固段侧摩阻力沿锚固长度的非线性分布计算公式;结合该公式和Mindlin解,推导出锚固岩体影响范围内任一点的应力分布解析解,并以具体例子进行计算分析.研究结果表明:锚索在锚固段的应力分布主要集中在前端1/3处,比传统方法计算的结果更集中;为提高锚固的效果不能一味增加锚固段长度,而应增加有效的锚固面积或分散前端的集中应力;锚索的设计参数中,相邻锚索之间相互影响的最小距离应以正应力为标准进行控制,而锚固力则应以剪应力为标准进行控制;随着锚索拉力的增加,在锚固段应力影响范围增加较小,但应力集中程度增加较大,因此,锚索设计时不但要考虑锚索与锚固体的黏结强度,更要考虑锚固体与岩土体的黏结强度.     

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.     

预应力锚索锚固机理的数值模型试验研究

从理论分析着手,详细论述了岩体预应力锚索内锚固段的作用机理与剪应力分布规律,并以大型的岩土工程数值分析软件（ADINA）为研究手段,对预应力锚索的锚固机理进行了数值模拟计算和分析,最后用试验资料加以论证．     

服从分数黏弹性模型的压力型锚索力学分析

考虑到注浆体和岩体的黏弹性变形特点,基于弹性空间理论的Kelvin解,并结合分数导数理论、黏弹性理论,推导出压力型锚索系统锚固段的压应力和锚索孔与注浆体间的剪应力黏弹性解析解形式,利用MATLAB数值软件分析了分数阶数值、承压板半径以及剪切模量等因素对锚索应力分布的影响。结果表明:分数阶黏弹性模型描述的锚索系统的应力值低于经典黏弹性模型,并且分数阶数值和剪切模量会对锚索应力产生很大影响,研究成果补充了压力型锚索力学分析理论。     

预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.     

拉力型锚索极限承载力的解析解与试验研究

针对拉力型锚索锚固岩体的破坏形式,结合拉力型锚索作用下岩体破坏面方程,采用Mohr-Coulomb强度准则,对破坏区岩体的极限平衡状态进行研究。以此为基础,推导基于岩体破坏面方程的拉力型锚索极限承载力的解析解,并分析破坏面形状与锚索几何参数对极限承载力的影响,与拉力型锚索的试验成果进行对比分析。研究结果表明:采用拉力型锚索的解析表达式可以较合理地估算拉力型锚索的极限承载力;基于围岩体破坏的锚索承载力与其破坏面形状有关,对于锚固段存在结构面或滑动面的锚索,需对锚索基于围岩体破坏的承载力进行验算。     

曲江煤矿深部岩巷破坏机理及锚索合理支护时间的确定

以曲江煤矿为例,针对煤矿深部大巷围岩大变形的支护难题,通过理论分析、实验室实验、数值计算、现场调查及监测等方法,对大巷围岩破坏机理及合理的锚索二次支护时间进行研究.研究表明,高应力作用下巷道围岩蠕变、支护方式的不合理等因素是造成大巷围岩大变形的主要原因,但通过顶底角锚杆、锚索的作用可以在很大程度上改善围岩的应力状态,特别是减少两帮对底板的应力传递作用;巷道开挖进行锚网喷支护1个月后进行锚索等二次支护较为适宜.     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将NPR锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。本文依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性,物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、PR锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR 锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效的控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。     

多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构加固技术现场试验研究

对多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构新型边坡加固技术的结构形式、适用范围、加固作用机理、现场试验进行分析,对比分析预应力锚索、多次分段控制注浆预应力钢锚管及多次分段控制注浆预应力钢锚管锚索承载力,研究结果表明：1)该结构特别适用岩土体破碎、松散、易塌孔地层于边坡,通过钢锚管劈裂注浆,提高边坡岩土体的强度指标,充填了和挤密破碎地层间的空洞和孔隙,有效提高锚固段锚固力;2)通过预应力锚索和预应力钢锚管极限承载力对比分析表明预应力钢锚管没能够充分发挥该地层的锚固力。预应力钢锚管施加的预应力只能传到浅表层,且破坏模式为钢管被拉断或者钢管接头处断裂;3)三组不同根数的钢绞线预应力钢锚管锚索极限承载力结果与普通的预应力锚索相比来看,单束钢绞线预应力锚索承载力由200kN增加到235kN,锚固力提高17.5%;两根钢绞线预应力锚索承载力由295kN增加到378kN,锚固力提高28.14%;三根钢绞线预应力锚索承载力由336kN增加到432.26kN,锚固力提高28.65%。表明预应力钢锚管锚索通过劈裂注浆挤密锚固段岩土体,浆液充填裂隙,形成“树根状”,有效的提高了锚固段锚固力。     

锚索应力场分析及其应用研究

针对锚索预应力作用于岩体内形成的应力场状况,利用弹性力学中的Boussinesg解和R.D.Mindlin解,研究处于锚头的岩石是否会由于挤压而产生破坏,锚根附近的岩石是否会由于张拉而发生破坏。通过研究,得出了锚索预应力作用于岩体内各受力部位形成的应力特点;以及为避免群锚效应,锚索应保持的合理间距。将此研究应用于江苏省连云港将军崖岩画的加固工程中,取得了理想的工程效果。     

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。     

锦屏一级电站高陡顺层边坡支护内部安全监测分析

为了解锦屏一级电站大奔流沟料场高陡顺层边坡岩体变形情况,确保开挖支护的工程安全性,特对其锚索、锚杆锚固状态进行了典型断面上的锚杆应力计、锚索测力计和多点位移计安全监测分析．分析认为,料场边坡稳定性主要受到降雨、开挖爆破、锚索张拉施工、岩石体蠕动变形等因素的影响．分析结果表明,监测成果能够明确地反映预应力锚索的张拉情况和预应力发展变化情况,是反映锚固效果和锚索工作性况的最直接的参考资料;锚索、锚杆在加固边坡稳定方面作用显著,料场边坡处于稳定状态．     

顺层牵引式路堑滑坡综合整治方案

通过对粤北山区龙怀高速公路K167公路路堑滑坡成因机理进行分析,得出该滑坡是基于区域地质构造揉皱挤压、滑体岩体破碎、滑带土全风化炭质页岩泥化、滑床强-中风化炭质页岩隔水层、路堑开挖坡脚等因素造成的滑塌。分析滑坡现状、结合地质资料、参照深孔位移监测数据确定滑体最大厚度为20 m、滑坡形态呈近似弧形及滑面位置等。在此基础上,采用GEO-Studio边坡稳定性模块SLOPE/W极限平衡法进行稳定性计算;并采用适当卸载+抗滑桩+锚索框架梁辅以排水措施治理该滑坡。通过2个雨季的考验,变形趋稳,证明该处置措施可行有效。