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压力分散型预应力锚索注浆材料性能研究

尹建伟  
【摘要】:随着国民经济的迅速发展,土木工程行业建设也在不断壮大,其中高速公路建设里程不断上涨的同时,应对各种路堑深挖方地质灾害,其支护方式的发展也在不断改进。在路堑深挖方的支护处理方式中,预应力锚索是一种十分有效的路堑深挖方支护措施,其已在国内外各类路堑深挖方治理工程中得到广泛使用。为了提高锚索锚固段的锚固力,人们早已开始逐渐认识到锚固段注浆材料的重要性。本文对压力分散型预应力锚索不同注浆材料的性能进行理论与数值模拟研究,得出具体工况下合适的注浆材料种类。压力分散型预应力锚索通过承压板将对锚索施加的预应力转换成作用在各个锚索单元的压力后,各个锚索单元的注浆体在承受压力作用后会发生径向膨胀变形,锚索围岩会对注浆体的径向变形施加约束作用,即给注浆体施加了径向应力,此应力会使浆—岩界面产生摩阻力,从而使锚索发挥锚索作用;预应力会使得在承压板处会出现了拉应力,较大的拉应力会造成此处承压板与注浆体开裂;基于Kelvin问题得出锚固段轴向应力和剪应力表达式,从而分析了锚索应力叠加的原因是由于浆—岩界面的抗剪强度不足以消除注浆体上的轴向应力传递和锚固段较短导致应力在单元锚体内不能衰减为零。本文从注浆材料组成的不同类别出发,首先分别阐述了它们在注浆体中各自发挥的重要作用,其中从注浆体的破坏过程说明注浆材料各组分的组合作用;然后分析了注浆材料对于锚索的无粘结钢绞线和承压板的防腐、力学作用方面的影响;最后分析了注浆材料对于锚孔围岩的润湿作用、增强作用以及力学作用方面的影响。以上的这些分析是从浆—锚、浆—岩界面两方面复合分析的,为下面压力分散型预应力锚索数值分析模型的建立做了较为充足的理论基础。本文结合预应力锚索数值模拟存在的问题和新型数值模拟预应力锚索的方法,利用FLAC3D对压力分散型预应力锚索锚固段进行数值分析模拟。根据具体工况对五种不同参数的注浆材料进行数值模拟,得到不同材料注浆体的轴向应力以及摩阻力分布规律,结论是聚丙烯纤维+水性环氧树脂乳液+水泥砂浆(M5)注浆材料锚固性能最好。


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