預(yù)應(yīng)力巖錨內(nèi)錨固段錨固性能及荷載傳遞機(jī)理研究.pdf

1、國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略,公路交通是需要首先解決的基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題。在西部地區(qū)公路建設(shè)中,高危邊坡的加固、環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的整治成了工程建設(shè)中的重要組成部分,錨固技術(shù)被國(guó)內(nèi)外巖土工程界公認(rèn)為處置該類(lèi)工程問(wèn)題最直接有效的工程措施。以預(yù)應(yīng)力錨索為基礎(chǔ)的各種巖土支護(hù)結(jié)構(gòu)因?yàn)槠涓咝?、?jīng)濟(jì)性和實(shí)用性,已經(jīng)在這些工程中得到了廣泛的應(yīng)用,其工程實(shí)踐已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于理論研究,因此,運(yùn)營(yíng)中或施工中的錨固工程的預(yù)應(yīng)力錨索不可避免地出現(xiàn)了失效破壞。內(nèi)錨固段作為預(yù)應(yīng)力錨索

2、的主要受力和傳力構(gòu)件,對(duì)其錨固性能及荷載傳遞機(jī)理展開(kāi)研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
　　論文以國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目“巖土工程減災(zāi)”(50625824)和交通部西部建設(shè)科技項(xiàng)目“巖土錨固安全評(píng)價(jià)與處治技術(shù)研究”(200431874010)為依托,采用野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料收集整理、試驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值模擬等方法,系統(tǒng)地研究了預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨固段的錨固性能及荷載傳遞機(jī)理。論文的主要工作如下:(1)通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、室內(nèi)資料

3、搜集整理等手段,擬定部分在試驗(yàn)室內(nèi)人為可控可調(diào)的、影響巖錨內(nèi)錨固段錨固性能的內(nèi)部因素作為研究對(duì)象。以公路邊坡巖土錨固中使用較為普遍的4Ф15.24mm和6Ф15.24mm的錨束為原型,采用實(shí)際的巖石、注漿體、鋼絞線為原材料進(jìn)行縮尺試驗(yàn),對(duì)這些內(nèi)部影響因素逐一進(jìn)行了研究,提出了在保證注漿體強(qiáng)度等級(jí)及施工和易性的情況下、通過(guò)調(diào)整注漿體的配合比來(lái)增強(qiáng)巖錨錨固性能的方法,得出了普通預(yù)應(yīng)力錨索的主要失效破壞模式。(2)分析了國(guó)內(nèi)外關(guān)于巖錨荷載傳遞

4、機(jī)理研究的各自?xún)?yōu)缺點(diǎn),針對(duì)普通預(yù)應(yīng)力錨索的荷載傳遞特性,基于Mindlin解推導(dǎo)了內(nèi)錨固段的注漿體與巖石粘結(jié)界面上的應(yīng)力分布彈性解,在考慮界面本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了錨索與注漿體粘結(jié)界面上的應(yīng)力分布彈性解,并用該彈性解對(duì)普通預(yù)應(yīng)力錨索的主要失效破壞模式進(jìn)行了分析。(3)基于普通預(yù)應(yīng)力錨索的荷載傳遞機(jī)理和主要失效破壞模式,將結(jié)構(gòu)工程中的壓花錨的壓花結(jié)構(gòu)做了較大改進(jìn),用于巖土錨固工程中,分析了壓花錨的荷載傳遞機(jī)理,通過(guò)抗拔試驗(yàn)研究了其錨固性能

5、,并從不同角度對(duì)其錨固性能進(jìn)行了優(yōu)化研究。(4)采用直剪試驗(yàn)研究了內(nèi)錨固段所在位置的上覆巖土層厚度、孔壁清潔度以及孔壁粗糙度對(duì)注漿體巖石界面抗剪特性的影響。采用分形理論對(duì)粗糙度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,提出了聯(lián)合分形維數(shù)D和粗糙度系數(shù)JRC精確定量表征界面粗糙度的方法。鑒于注漿體與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度是預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨固段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一,建議以直剪試驗(yàn)為基礎(chǔ),采用綜合因素法確定注漿體與巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度。(5)建立了巖錨拉拔試驗(yàn)的有限元計(jì)算模型

6、,采用試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證,利用ANSYS程序分別計(jì)算了普通錨和壓花錨內(nèi)錨固段的應(yīng)力分布,對(duì)其不同的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行了比較分析。最后采用該模型對(duì)普通錨和壓花錨在不同拉拔過(guò)程中的荷載變位特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,驗(yàn)證了巖錨拉拔試驗(yàn)研究結(jié)果的可靠性。
　　在上述研究中,理論研究的結(jié)果可以很好地闡釋試驗(yàn)結(jié)果,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果所反映的規(guī)律基本一致,三者互為驗(yàn)證。這說(shuō)明本文的試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,理論研究合理可信,數(shù)值模型建立科學(xué)適用