預應力巖錨內(nèi)錨固段錨固性能及荷載傳遞機理研究.pdf

1、國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略,公路交通是需要首先解決的基礎(chǔ)設(shè)施問題。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)被國內(nèi)外巖土工程界公認為處置該類工程問題最直接有效的工程措施。以預應力錨索為基礎(chǔ)的各種巖土支護結(jié)構(gòu)因為其高效性、經(jīng)濟性和實用性,已經(jīng)在這些工程中得到了廣泛的應用,其工程實踐已遠遠超前于理論研究,因此,運營中或施工中的錨固工程的預應力錨索不可避免地出現(xiàn)了失效破壞。內(nèi)錨固段作為預應力錨索

2、的主要受力和傳力構(gòu)件,對其錨固性能及荷載傳遞機理展開研究具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　論文以國家杰出青年科學基金項目“巖土工程減災”(50625824)和交通部西部建設(shè)科技項目“巖土錨固安全評價與處治技術(shù)研究”(200431874010)為依托,采用野外現(xiàn)場調(diào)研、資料收集整理、試驗研究、理論分析以及數(shù)值模擬等方法,系統(tǒng)地研究了預應力錨索內(nèi)錨固段的錨固性能及荷載傳遞機理。論文的主要工作如下:(1)通過野外現(xiàn)場調(diào)研、室內(nèi)資料

3、搜集整理等手段,擬定部分在試驗室內(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,采用實際的巖石、注漿體、鋼絞線為原材料進行縮尺試驗,對這些內(nèi)部影響因素逐一進行了研究,提出了在保證注漿體強度等級及施工和易性的情況下、通過調(diào)整注漿體的配合比來增強巖錨錨固性能的方法,得出了普通預應力錨索的主要失效破壞模式。(2)分析了國內(nèi)外關(guān)于巖錨荷載傳遞

4、機理研究的各自優(yōu)缺點,針對普通預應力錨索的荷載傳遞特性,基于Mindlin解推導了內(nèi)錨固段的注漿體與巖石粘結(jié)界面上的應力分布彈性解,在考慮界面本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上推導了錨索與注漿體粘結(jié)界面上的應力分布彈性解,并用該彈性解對普通預應力錨索的主要失效破壞模式進行了分析。(3)基于普通預應力錨索的荷載傳遞機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,用于巖土錨固工程中,分析了壓花錨的荷載傳遞機理,通過抗拔試驗研究了其錨固性能

5、,并從不同角度對其錨固性能進行了優(yōu)化研究。(4)采用直剪試驗研究了內(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注漿體巖石界面抗剪特性的影響。采用分形理論對粗糙度試驗結(jié)果進行了分析,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)強度是預應力錨索內(nèi)錨固段長度設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)之一,建議以直剪試驗為基礎(chǔ),采用綜合因素法確定注漿體與巖石間的粘結(jié)強度。(5)建立了巖錨拉拔試驗的有限元計算模型

6、,采用試驗實測數(shù)據(jù)對該模型進行了驗證,利用ANSYS程序分別計算了普通錨和壓花錨內(nèi)錨固段的應力分布,對其不同的荷載傳遞機理進行了比較分析。最后采用該模型對普通錨和壓花錨在不同拉拔過程中的荷載變位特性進行了數(shù)值模擬,驗證了巖錨拉拔試驗研究結(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結(jié)果,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果所反映的規(guī)律基本一致,三者互為驗證。這說明本文的試驗結(jié)果準確可靠,理論研究合理可信,數(shù)值模型建立科學適用