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有限元数值模拟法研究预应力锚索锚固段应力分布规律

许绍帅  
【摘要】:岩土锚固在岩土工程领域占有重要地位。锚固技术包括锚杆、锚喷、锚喷网等多种支护形式。预应力锚固技术是将锚杆穿过岩土体潜在的滑裂面后打入岩土体中稳定的部分加以固定,并在杆头处施加一定的张拉力,使滑动土体和稳定岩土体形成一个统一的整体。预应力锚固技术充分地利用了岩土体本身的强度和稳定能力,经济安全有效,施工方便,可控性较好,被广泛应用于岩土工程支护领域。 预应力锚固技术的研究关键在于锚固体上应力分布规律的研究。当前具体工程中预应力锚固技术的计算,是以应力平均分布于锚固段为前提的。但是目前学术界普遍认为,应力沿锚固段的分布不是平均的,会有一个应力集中区的存在;随着锚固段的加长,锚固段的一定位置上会出现应力接近于零的情况;过分加长锚固段的长度,在实际工程中是无意义的。 当前对预应力锚固技术的研究方式主要有三种:试验法,理论推导法和数值模拟法。试验法因其不能准确还原实际工程条件,存在尺寸效应,调整参数复杂,工作量大等原因,在实际研究中存在一定的缺点。当前数值模拟法主要是利用有限元原理,用杆系单元模拟锚杆,分析锚杆和周围岩土体的相互作用。本文使用迈达斯有限元软件,对预应力锚索的锚固段的应力分布从以下几个方面进行分析: 1)不同岩土体中锚固段应力分布规律; 2)不同锚固长度的锚固段应力分布规律; 3)不同预应力条件下锚固段应力分布规律; 4)不同锚固方式下锚固段应力分布规律; 5)在实际工程中预应力锚索的锚固段的应力分布规律。 通过对所得到的曲线进行分析,发现应力集中分布于锚固段所受预应力的起始部位;随着预应力的增大,应力分布会相对平均;当锚固段长度增加到一定时,应力不会再向锚固段所受预应力部位的远方传递;锚固体与周围岩土的弹性模量差别越大,锚固段上的应力分布越平均;通过合理的结合拉力型与压力型锚索形成的剪力型锚索,可以有效地分散锚固体上的应力,起到增大预应力锚索抗拉强度的效果;在实际工程中,由于考虑到注浆不均匀,地下水的影响,钻孔坍塌等情况,可以适当将锚固段加长,但是应根据实际情况而定。


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