复杂条件下岩土预应力锚固技术研究

摘要

随着我国经济建设的不断发展，我国的基础设施建设正处于一个蓬勃发展的时期，由此产生了大量环境复杂的高边坡、隧洞、深基坑等工程。预应力锚固技术由于其具有对岩土体扰动小、施工快、安全可靠、经济等优点，在岩土加固工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效应。
　　 根据损伤理论的基本原理，从能量耗散的角度定义了岩体的剪切损伤变量及锚固段灌浆体材料的损伤变量，推导出了相应的损伤演化方程，在此基础上，得出了考虑灌浆体材料损伤的锚固段荷载传递的基本微分方程。
　　 在对锚固段的受力特性分析中引入荷载传递法，通过荷载传递法的基本原理推导了锚固段荷载传递的基本微分方程，结合开尔文问题的位移方程推导出锚固段的荷载传递函数，研究了预应力锚杆锚固段荷载一变位特性，并对合理锚固段长度进行了研究。
　　 锚拉结构体系是一种新型的结构体系，其自保护、自协调能力已经成为锚固支护技术发展的方向。对基于此研制的自保护装置进行了数值模拟，得到了比较理想的弹塑性荷载一位移曲线，其在工程上的应用对于提高锚拉结构的安全性有很重要的作用。
　　 从理论上研究了锚杆在长期荷载作用下预应力损失的机理，分析了影响预应力损失的影响因素，这些因素包括钢材松弛、岩体流变、施工因素及外部环境因素等，在此基础上，提出了一些减小预应力损失的措施，对于锚杆的设计、施工及管理都具有一定的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1岩土锚固技术的发展现状

1.2岩土锚固技术的研究现状

1.2.1锚固段侧阻力及其分布规律研究

1.2.2合理锚固段长度的研究

1.2.3锚固力学效应研究

1.2.4锚拉结构的自保护研究

1.2.5群锚效应研究

1.3锚固技术存在的问题

1.4本文研究的内容和目标

1.4.1研究内容

1.4.2预期目标

1.5本文研究的意义

第二章预应力锚杆锚固段应力分布规律研究现状

2.1预应力锚杆与非预应力锚杆

2.2预应力锚杆的受力特点分析

2.2.1锚杆与灌浆体间的力学特性

2.2.2灌浆体与岩体间的力学特性

2.3锚固段应力分布规律研究现状

2.3.1剪应力均匀分布模型

2.3.2剪应力负指数函数分布模型

2.3.3双曲函数模型

2.3.4基于Mindlin问题的解析解模型

2.3.5剪应力分布的高斯曲线模型

2.4本章小结

第三章预应力锚杆锚固段荷载—变形特性研究

3.1预应力锚杆锚固段剪应力—剪切位移关系曲线的描述

3.2考虑能量耗散的锚固段荷载传递特性分析

3.2.1能量耗散问题的提出

3.2.2基于能量耗散的损伤变量定义

3.2.3岩体损伤演化方程的推导

3.2.4锚固段灌浆体材料的能量耗散描述

3.2.5锚固段荷载传递微分方程

3.3基于荷载传递法的锚杆锚固段荷载变形分析

3.3.1荷载传递法的基本原理

3.3.2基本微分方程

3.3.3锚固段受力特性分析

3.4合理锚固段长度的探讨

3.5本章小结

第四章自保护装置的塑性变形特性研究

4.1锚拉结构自保护概念的提出

4.2自保护装置及试验介绍

4.2.1自保护装置的工作原理

4.2.2自保护装置介绍

4.2.3压缩型自保护装置模型试验的荷载—位移曲线

4.3自保护装置的有限元数值模拟分析

4.3.1有限单元法

4.3.2弹塑性问题的求解方法

4.3.3模型的建立

4.3.4数值计算结果分析

4.4自保护装置的工程应用

4.4.1工程概况

4.4.2工程地质情况

4.4.3边坡稳定性分析

4.4.4计算结果分析

4.5本章小结

第五章预应力锚杆预应力损失变化规律分析

5.1预应力变化的机理分析

5.1.1钢材松弛

5.1.2岩体流变

5.2预应力损失的影响因素分析

5.2.1锚杆材料因素

5.2.2岩体性质因素

5.2.3设计及施工的因素

5.2.4气候环境因素

5.2.5短时超载因素

5.3减小预应力损失的措施

5.3.1针对钢材的影响

5.3.2针对岩体的影响

5.3.3针对施工因素的影响

5.3.4其他措施

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1本文总结

6.1.1预应力锚杆锚固段荷载—变形特性研究

6.1.2塑性变形发生器的数值模拟研究

6.1.3预应力锚杆预应力损失的机理及影响因素研究

6.2进一步研究的建议

参考文献

致 谢

在学期间发表的论著及取得的科研成果