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压力分散型锚索锚固机理与地震动响应的数值模拟

陈少炎  
【摘要】:压力分散型锚索作为一种新型的预应力锚索,在岩土锚固工程界已经得到广泛的应用。当前对于压力分散型锚索锚固机理的理论研究相对工程应用较为滞后,压力分散型锚索锚固特性受到诸多因素的影响,为能有效指导锚索设计、施工,仍需要深入开展针对该型锚索锚固机理特性研究。目前对该型锚索的锚固机理研究主要集中于研究静力状态下的锚固特性和应力应变规律,对于地震动下的压力型锚索的研究则鲜有报导。 本文在前人研究的基础之上,采用数值分析方法研究了注浆体与岩体界而参数、单元锚固段长度、锚固体直径等参数对压力分散型锚索的锚固段应力分布规律特性的影响,分析了不同地震强度下,压力型锚索锚固体系在地震动下的应力、位移等动力响应规律,探讨了压力型锚索在地震动下的破坏模式。全文研究成果如下: (1)通过设定四组注浆体—岩体界面力学参数,采门]数值分析方法对比分析锚固段应力分布规律。锚固体界面剪应力峰值随界面力学参数在有限范围内增加而增大,而剪应力有效分布长度则随着在一定范围内减小;注浆体轴向应力峰值随界而力学参数在一定范围内的增加而减小;界面剪应力和注浆体轴向应力衰减速率均随着界面力学参数的增大而增大;在二组预应力与四组注浆体—岩体界面力学参数条件下,界面剪应力曲线形式主要呈现“升高+下降+直线下降+指数衰减”与“升高+陡降”二种分布模式。 (2)采用数值分析方法研究了压力分散型锚索加固软岩时,单元锚固长度对锚固段应力分布规律的影响。不同长度的单元锚固段在相同荷载作用下,剪应力峰值随单元锚固段长度增加出现小幅下降,而剪应力分布的有效长度则随单元锚固长度增加而呈小幅增加,注浆体轴向应力峰值受锚固段长度变化影响较小,注浆体轴向应力峰值和分布长度主要随外荷载增加而增加。同时研究了不同单元长度锚固段随拉拔荷载增长塑性区扩展情况,较短长度的锚固单元塑性区扩展速度和范围大于较长锚固单元的锚固体。研究结果表明,对于强风化类土质的软岩边坡加固,在设计上为保证一定的安全富余量,单元锚固长度不宜小于3m。 (3)不同锚固体直径下,随着锚固体直径增大,界面剪切面积和注浆体轴向受压截面积增大,锚固段浆体受到岩体的三向约束作用也在削弱,直接导致界面的剪切应力和注浆体的轴向压应力峰值显著减小,但剪切应力分布有效长度受锚固段直径的影响不大。 (4)水平地震作用下,锚索轴力、注浆体轴向应力、界而剪应力均会在地震作用过程中出现较大的增幅;在200kN的初始预应力作用下,锚索轴力峰值在7、8、9级地震作用过程中分别提高了22.2%、33.5%、48.9%,而注浆体轴向峰值应力在对应震级下的增幅分别为50%、64.5%、82.5%。 (5)地震作用下,压力型锚索主要存在三种破坏模式:锚索强度破坏、浆体局部压破坏、外锚头失效。 本论文研究获得国家自然科学基金(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治关键技术研究”项目资助。


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