基于统一强度准则的预应力锚索极限承载力计算

基于统一强度理论和极限平衡原理，结合预应力锚索破裂面的形状，推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、锚索的倾角、锚固体注浆压力、岩土体种类等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。为验证计算公式的实用性，分别在软岩与硬岩中考虑不同的影响因素对理论计算结果与实测结果进行了比较。研究结果表明：随着加权系数的增大，锚索的极限抗拔力相应增加，但破裂面形状基本没有改变；锚索的极限抗拔力主要取决于锚索与浆体、锚固体与岩土体之间的界面强度，而破裂锥体部分岩土体所分担的抗拔力较小；在软岩中锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度主要取决于锚固体与岩体的界面强度，受注浆压力的影响较小；在硬岩中注浆压力对锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度都有着重要的影响，随着注浆压力的增大，极限抗拔力和破裂锥体高度相应增加。     

拉力型和压力型自由式锚索现场拉拔试验研究

通过现场拉拔试验的方法,给出岩质边坡体内拉力型和压力型自由式锚索注浆体与孔壁间的剪应力分布曲线及拉力型锚索钢绞线与注浆体间剪应力分布曲线,获得剪应力沿锚固段长度的分布规律。试验结果表明,对于拉力型锚索,注浆体与孔壁间的剪应力峰值要小于注浆体与钢绞线间的峰值,但剪应力分布长度要长,峰值剪应力出现点后移;无论是何种自由式锚索,剪应力在注浆体与孔壁间的分布都是很不均匀的,峰值剪应力在锚固段出现的部位不同。在相同的荷载作用下,压力型锚索的剪应力峰值大,分布长度短,衰减快。随着锚索荷载的增大,拉力型锚索锚固段的有效长度增加明显,而压力型锚索剪应力峰值增加明显。拉力型锚索的承载力是一定的,当需要提供较小的锚固力时,常采用该种型式的锚索,其施工关键是要保证注浆体的长度;压力型锚索的承载力与承压锚固段分级的数量成正比,当需要提供较大的锚固力时,需采用压力分散型的锚索,其施工关键是要保证注浆体的饱满程度,避免注浆体的收缩。     

压力分散型锚索单元锚体间的应力影响

压力分散型锚索中作用在各单元锚体上的应力会相互影响,应力影响表现之一是在荷载传递方向会出现应力叠加现象。应力叠加程度因孔壁岩体对注浆体的侧向变形约束力的强弱而不同,坚硬岩体中这种约束力较强,应力叠加现象不显著,软弱岩体中这种约束力较弱,应力叠加现象较为显著。其二,这种影响还表现在承载体处诱发了拉应力,即张拉荷载通过承载体的承压板给单元锚体施加压力的同时,也给相邻锚体施加了拉力。该拉应力若达到了该处材料的抗拉强度,会在该处出现张拉裂纹,对锚索防腐不利。为克服应力影响对工程的危害,建议在坚硬岩体中优化单元锚体长度,以免出现张拉裂纹;在软弱岩体中应根据应力叠加效应最严重的单元锚体上的应力来验算浆体强度,以避免浆体的受压破坏,并控制剪应力在浆–岩界面的容许抗剪强度范围内。     

注浆加固后岩体单一界面抗剪强度

针对单一岩石界面的注浆加固强度问题,分析结构面剪切破坏机制以及黏结力与摩擦力的耦合效应,并开展规则锯齿状结构面剪切试验。对三维条件下结构面粗糙程度的各向异性及其表征方法进行分析。依据结构面微凸体倾角与剪切方向的关系,提出摩擦力主控区域与黏结力主控区域的划分。基于无黏结强度时结构面的抗剪强度准则,以及结构面黏结力作用机制,建立单一界面注浆加固体的抗剪强度计算公式,计算表明,注浆材料的黏结力作用受结构面粗糙度各向异性的影响显著。注浆加固后,结构面的抗剪强度沿各个方向均得到提升,但结构面的抗剪强度仍然存在明显的各向异性。研究结果为岩体注浆加固效果提供了评判依据。     

锚索内锚固段注浆体与孔壁之间峰值抗剪强度试验研究

关于锚索内锚固段注浆体与孔壁之间的峰值抗剪强度，目前很少有试验资料可供采用。通过对花岗石、砂岩、石灰岩3种岩石进行试验，分析了试验中不同的岩体材料、不同的张拉方案与不同的试验段长度对试验结果的影响，测定了这3种岩石内锚固段注浆体与孔壁之间的峰值抗剪强度，并得出了与通常认识相反的结论：岩体的强度越高，峰值抗剪强度就越低。     

土遗址裂隙注浆用SH-(C+F+CaO)浆液耐久性试验研究

为探索适应于西北地区土遗址裂隙加固灌浆材料,以SH溶液为主剂,粉煤灰、土遗址原生土与生石灰拌合为灌浆材料,测试浆体的收缩变形性、龄期强度,通过温湿度循环试验、冻融循环试验、水稳定性试验、安定性试验和耐碱性试验,对浆体耐久性进行评价,此外,通过室内模拟裂隙注浆,研究浆-土界面之间的抗剪特性。试验数据表明,SH-(C+F+Ca O)浆体具有较小的收缩变形性,较强的力学性能、良好的耐久性,尤其适用于西北地区特有的碱性环境中;而硫酸钠对其有一定的弱化效应,在高浓度的硫酸钠土遗址地区应慎用,浆–土界面抗剪强度与土遗址原状样相当。研究表明,此浆液适宜作为西北地区土遗址裂隙注浆材料。     

烧料礓石改性浆体–遗址土体界面抗剪性能试验

为研究土遗址锚固系统中浆体–土体界面抗剪性能,揭示锚固系统内部受力机制。试验选择目前土遗址锚固工程中常用的烧料礓石、粉煤灰、石英砂及遗址土作为主要浆体材料,同原状遗址土制成黏结试样。根据实际工作条件,对试样进行室外土体掩埋养护。通过浆体–土体界面直接剪切试验,得到不同配比浆体–土体界面的剪应力–位移关系曲线、抗剪强度参数及浆体–土体界面剪应力–位移拟合曲线。试验结果表明,浆体–土体界面未能有效黏结,界面抗剪强度主要依靠滑动摩擦及咬合摩擦承担;烧料礓石改性遗址土浆体与遗址土体黏结试样内摩擦角最大,浆体材料兼容性对界面抗剪强度的提高具有重要意义。室外掩埋养护土体温湿度的频繁波动和PS溶液的固化作用对界面黏结能力影响显著。因此,土遗址锚固工艺是保证锚固质量的关键因素之一。     

拉力型和压力型预应力锚索受力分析及工程应用

根据拉力型、压力型预应力锚索结构特征，本文将拉力型预应力锚索抽象为在假想滑动面处受一个集中力P，将压力型预应力锚索抽象为在锚索孔底处受一个集中力P。工程中一般假想滑动面或锚索孔底距岩土体表面较远。基于以上假定和工程条件把预应力锚索归结到空间体内一点受集中力Kelvin问题。文中引用Kelvin应力解求得了拉力型预应力锚索钢绞线侧壁、锚索孔壁剪应力τ沿轴向分布，求得了压力型预应力锚索孔壁剪应力汲正应力σ沿轴向分布。 根据本文结果：建议岩体中拉力型预应力锚索设计时应以钢绞线与注浆体之间粘结强度作为设计依据。建议岩体中压力型预应力锚索在受力端增加一段钢管改进成压力局部分散型预应力锚索。建议土体中压力型预应力锚索采取孔底扩孔改进成扩大头式压力型预应力锚索。     

压力分散型锚索锚固段受力特性试验分析

压力分散型锚索锚固段注浆体与围岩的黏结应力是荷载传递研究的核心问题,目前直接测试界面黏结力存在一定的难度。针对压力分散型锚索注浆体的轴对称应力条件,在现场试验中通过自制的应变砖测点直接测得靠近孔壁的注浆体切向剪应力,以反映界面黏结力分布,同时进行了钢绞线握裹力测试。分析了轴向应变与切向剪应力的分布规律,探讨了轴向压缩量对荷载传递的特性的影响。采用 FLAC^3D 进行数值模拟,对锚固段注浆体轴力的不均匀性、注浆体切向剪应力与注浆体与围岩接触面剪应力分布的联系与差别等进行探讨。确定了现场试验和数值计算条件的压力分散型锚索有效长度为 2 m 左右,并建议将锚固段设计长度改为 3 m 。     

压力分散型锚索在高边坡加固中的施工控制

压力分散型锚是近年来发展的一项新技术,克服了拉力型预应力锚索承载力与锚固段长度非线性增长、粘结应力峰值突出、防腐性能较差等性能缺陷,形成了具有独特传力机制和良好工作性能的单孔复合锚固体系,其采用独特的结构构造和施工工艺,将锚索锚固段受到的集中拉力分散为几个较小的压力区,分部段作用于较短的锚固体上,使锚固体与周围岩土的粘结应力峰值大幅降低并较均匀地分散到整个锚固段长度上,从根本上充分发挥了岩土的抗剪强度,显著地提高了锚索的承载能力,因为压力分散型预应力锚索的灌浆体由受拉改为受压状态,灌浆体不易开裂,有利于锚索体防水、防腐.本文就此项技术在工程施工中的关键工序控制作一些探讨.