非均质地基中锚杆拉拔受力变形特性分析

摘要

锚杆因其特有的安全性、经济性及稳定性，在岩土工程领域得到广泛运用，且前景十分广阔。但在锚杆荷载传递机理及受力变形特性的研究过程中，基本上都是将锚固段周边岩土体视为均质体。而事实上，由于岩土体种类、形成年代、固结程度等诸多因素的影响，岩土介质的非均匀性普遍存在，并对岩土体与锚杆相互作用具有重要的影响。因此，基于此假设所得研究成果存在一定的局限性，难以客观反映工程实际。针对此问题，本文结合国家自然科学基金(50878082)，对非均质地基中锚杆的受力变形特性进行了较为深入地探讨，主要内容及研究成果如下:
　　(1)考虑层状地基中锚杆所穿越土层力学性质的差异性，结合四种简化的锚固界面荷载传递模型，给出其统一数学表达式。基于荷载传递法和传递矩阵法，选取适合各土层的锚固界面荷载传递模型，导出了锚杆位移、轴力、剪力计算式，并讨论了荷载传递模型、土层相对层序对层状地基中锚杆受力变形特性的影响。计算结果表明:土层力学性质及其层序对锚杆影响较大，在对层状地基中锚杆设计计算时，各土层应该选用适合其力学性质的荷载传递模型，否则将直接影响到对锚杆承载力以及位移的准确估计。
　　(2)考虑地基土体力学性质随深度变化特性，假定土体剪切模量、弹性极限抗剪强度以及抗剪强度残余系数均随深度按指数函数增大，基于剪切位移法推导了锚固段周边土体处于弹、塑性阶段时锚杆位移、轴力、剪应力解析式，并将该假定推广至层状地基中，拓展了其应用范围。且基于该方法分析了地基模型参数以及锚固段弹性模量对锚杆受力变形特性的影响。结果表明:土体力学性质随深度增大特性有利于改善锚杆工作性状，能更加充分利用岩土体承载潜能，在计算中给予合理考虑，可更加真实地反映锚杆荷载传递过程。
　　(3)基于两种形式的地基模型，分别建立了岩土体剪切模量随深度呈幂函数增长地基中锚杆主要力学性状的弹塑性解析式，并分析了拉拔荷载及地基模型参数对锚杆受力变形特性的影响。计算表明:两种地基模型所对应的剪应力分布形式有较大差异;剪切模量随深度变化系数对剪应力分布也有重要影响;当塑性区发展到一定程度，拉拔荷载与塑性区长度将呈非线性关系，拉拔荷载少量增加可使塑性区快速向深部发展，因此，在实际工程中应合理确定锚杆安全系数，避免突发式破坏。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 锚杆概述

1．2．1 锚杆锚固作用机理

1．2．2 锚杆主要应用领域

1．2．2 锚杆主要类型

1．3 锚杆荷载传递规律研究现状

1．3．1 锚杆荷载传递规律试验研究现状

1．3．2 锚杆荷载传递规律理论研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 层状地基中锚杆受力变形特性分析

2．1 引言

2．2 传递矩阵法

2．3 锚固体荷载传递力学模型

2．4 锚固界面荷载传递模型

2．4．1 理想弹塑性模型

2．4．2 一次跌落软化模型

2．4．3 三折线模型

2．5 锚固体弹塑性分析

2．5．1 锚固界面全部处于弹性阶段

2．5．2 锚固界面部分进入软化(或硬化)阶段

2．5．3 锚固界面部分进入残余应力状态

2．6 工程实例

2．7 分析与讨论

2．7．1 荷载传递模型对锚杆受力变形的影响

2．7．2 土层性质及层序对锚杆受力变形的影响

2．7．3 层状地基中锚杆力学性状分布规律

2．8 本章小结

第3章 剪切模量呈指数增大地基中锚杆受力分析

3．1 引言

3．2 剪切位移法

3．3 锚固段力学模型建立

3．4 锚固界面力学模型及基本假定

3．4．1 荷载传递模型

3．4．2 地基模型假定

3．4．3 待定参数确定方法

3．5 锚固段弹塑性分析

3．5．1 弹性阶段

3．5．2 弹塑性阶段

3．6 推广至层状地基中的锚杆弹塑性解

3．6．1 锚固界面全部处于弹性阶段

3．6．2 锚固界面部分进入塑性阶段

3．7 工程实例

3．8 参数分析与讨论

3．8．1 Ea和m对弹性极限荷载Pe的影响

3．8．2 m对锚固段剪应力分布形式的影响

3．8．3 n和k对锚杆受力变形的影响

3．9 本章小结

第4章 剪切模量呈幂函数增大地基中锚杆弹塑性解

4．1 引言

4．2 锚固界面力学模型及地基模型假定

4．3 锚杆弹塑性分析

4．3．1 弹性阶段求解

4．3．2 弹塑性阶段求解

4．4 改进地基模型假定锚杆弹塑性分析

4．4．1 改进模型后弹性阶段求解

4．4．2 改进模型后塑性阶段求解

4．5 算例分析

4．5．1 算例一

4．5．2 算例二

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间的学术论文及科研情况