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《武汉理工大学》 2010年
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风化岩体中压力型锚索锚固机理与设计方法研究

叶红  
【摘要】:本文以国家自然科学基金(50874085)“边坡加固压力分散型锚索的加固机理与设计方法”和广东省科技计划项目(63123)“高速公路高陡边坡失稳预测与处置关键技术研究”为依托,以二广高速公路(粤境)怀集至三水段高边坡为工程背景,针对该公路工程风化岩体中压力型锚索在加固边坡中存在的问题,通过理论推导、数值计算等方法研究了压力型锚索在风化岩体中位移和应力的分布特点,并在此基础上还研究了风化岩体中压力型锚索锚固段合理长度的设计方法。主要研究内容及结论包括: 1、假定风化岩体为横观各向同性体,其弹性模量及剪切模量均按指数函数变化。结合均质岩体中压力型锚索剪应力的分布特点、风化岩体的横观各向同性力学性质以及圆形对称荷载作用下横观各向同性弹性体内剪应力的分布特点,分别在柱坐标系和直角坐标系下推导了压力型锚索在风化岩体内的位移和应力表达式,并进行了简单算例,计算分析结果表明这两种计算方法的计算结果吻合较好。 2、研究了风化岩体的弹性模量、剪切模量、泊松比和锚索孔径等因素对压力型锚索锚固段注浆体与岩(土)体接触面上剪应力的影响,研究结果表明: (1)无论均质岩体还是风化岩体,锚索锚固段接触面上的剪应力主要分布在承压板附近。当风化岩体的弹性模量随着深度按某一函数变化时,相对于同等条件下的均质岩体而言,锚固段处剪应力随着弹性模量的增大(减小)而增大(减小),随着深度增大其剪应力的变化率也变大,且剪应力的变化率和岩体弹性模量的变化率同步; (2)锚索锚固段处剪应力随锚索孔径的减小而分布更加集中,反之,锚固段处剪应力随锚索孔径的增大而分布得更加均匀;且锚固段剪应力分布曲线的类型不随锚索孔径的变化而不同,改变的只是曲线的特征值; (3)假定锚索孔的半径不变,在横观各向同性的风化岩体内,锚索锚固段接触面上的剪应力随着垂直于岩体横向等向面的剪切模量的变化而变化。总的来说,剪切模量愈大,剪应力在锚固顶端的分布就愈集中;反之,剪应力分布就愈均匀。 3、基于上述研究成果,对风化岩体中压力型锚索锚固段长度的设计方法进行了研究。首先通过对传统锚索设计方法的假设进行了分析,指出锚固段接触面上的剪应力为均匀分布的这一假设的不足之处。另外,基于风化岩体中压力型锚索锚固段剪应力分布特点以及国内外的相关研究成果,修正了传统的设计方法,得到了更符合实际工程的压力型锚索设计方法。
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