锚固工程安全性评价方法及新建锚固工程安全性设计方法

摘要

本发明涉及一种锚固工程安全性评价方法及新建锚固工程安全性设计方法。其中一种锚固工程安全性评价方法为：获取锚固工程的已服役时间、设计年限、安全性指标设计要求和服役时间后的安全性指标，以及该锚固工程上锚固结构的耐久时间；基于锚固工程已服役时间、锚固结构耐久时间与设计年限的关系，以及锚固工程服役时间后的安全性指标与安全性指标设计要求的关系评价锚固工程安全性；锚固结构耐久时间的获取方法，包括：获取锚固结构中锚固机构的设计截面直径、材料参数和环境变量；基于锚固机构的设计截面直径、材料参数和环境变量计算锚固机构的耐久时间；基于锚固机构的耐久时间确定该锚固结构的耐久时间。本发明适用于岩土锚固工程领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锚固工程安全性评价方法及新建锚固工程安全性设计方法。适用于岩土锚固工程领域。

背景技术

岩土预应力锚杆、锚索广泛应用于土木、水利水电和建筑工程中，起到了很好的加固、维持岩土体和结构稳定的作用。我国从60年代开始应用锚索，在近30年来，我国的岩土锚固技术蓬勃发展。预应力锚固工程也并非一劳永逸，在长时间的服役过程中，其力学稳定性和化学稳定性是随环境和时间变化的。在应用预应力锚索较早的国外，已出现众多锚索失效的案例。因此，需要对锚固结构、锚固工程的长期安全性做出有效的评价，评估锚固工程的服役状态，合理给出加固处理的时机，对保障锚固工程的安全运行具有重要的意义。

目前，对锚固结构失效的原因，已有了很多的认识，包括电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀和氢脆等，锚固结构材质、环境酸碱度、腐蚀离子含量、杂散电流、以及采取的防腐设计、施工方法均会影响到锚固结构的耐久性。但对锚固结构和锚固工程的安全性评价，目前还没有形成有效的评价方法，现有的方法基本基于监测和检测数据，多数指标需要进行破坏性试验才能获取，这样不利于加固岩土体的安全稳定，另外评价方法也与现行规范无法衔接，不利于我们继承在工程中已积累的科学认识和经验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种锚固工程安全性评价方法及新建锚固工程安全性设计方法。

本发明所采用的技术方案是：一种锚固工程安全性评价方法，其特征在于：

获取锚固工程的已服役时间t、设计年限A、安全性指标设计要求K

基于锚固工程已服役时间t、锚固结构耐久时间t

所述锚固结构耐久时间t

获取锚固结构中锚固机构的设计截面直径D

基于锚固机构的设计截面直径D

基于锚固机构的耐久时间t

所述锚固结构耐久时间t

获取锚固结构中包裹在锚固机构外的n层防腐结构中各层的设计厚度H

基于防腐结构的设计厚度H

基于锚固机构的耐久时间t

所述锚固机构的环境变量S

所述锚固工程的安全性指标为满足锚固工程安全运行的安全性指标设计要求，例如：边坡抗滑稳定安全系数、边坡抗倾稳定安全系数、块体稳定安全系数等。

一种新建锚固工程安全性设计方法，其特征在于：

获取该新建锚固工程的设计年限A，以及该锚固工程上的锚固结构中锚固机构的材料参数K

基于锚固机构的耐久时间t

所述锚固机构的耐久时间t

一种新建锚固工程安全性设计方法，其特征在于：

获取该新建锚固工程的设计年限A，该锚固工程上的锚固结构中锚固机构的材料参数K

基于锚固机构的耐久时间t

所述锚固机构的耐久时间t

所述防腐结构的耐久时间t

一种锚固工程安全性评价装置，其特征在于：

参数获取模块，用于获取锚固工程的已服役时间t、设计年限A、安全性指标设计要求K

安全性评价模块，用于基于锚固工程已服役时间t、锚固结构耐久时间t

所述锚固结构耐久时间t

获取锚固结构中锚固机构的设计截面直径D

基于锚固机构的设计截面直径D

基于锚固机构的耐久时间t

所述锚固结构耐久时间t

获取锚固结构中包裹在锚固机构外的n层防腐结构中各层的设计厚度H

基于防腐结构的设计厚度H

基于锚固机构的耐久时间t

一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述方法的步骤。

一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述方法的步骤。

本发明的有益效果是：本发明基于锚固机构的材料参数、环境变量、时间和服役一定时间后的锚固机构截面直径之间的函数关系，以及锚固机构设计抗拉强度时对应的锚固机构截面直径等得到锚固机构的耐久时间，并基于耐久时间、已服役时间、设计年限、安全性指标等评价锚固工程的安全性，形成锚固工程安全性的有效评价方法。

本发明在新建锚固工程设计时利用锚固工程安全性评价方法反推锚机机构的设计截面直径D

具体实施方式

实施例1：本实施例为一种锚固工程安全性评价方法，具体包括以下步骤：

S1、获取锚固工程的已服役时间t、设计年限A、安全性指标设计要求K

本例中锚固结构具有锚固机构，锚固机构为锚杆、锚索等，锚固结构耐久时间t

S1-1、获取锚固结构中锚固机构的设计截面直径D

S1-2、基于锚固机构的设计截面直径D

设锚固机构钢材耐久性特征可用如下函数描述：

G(dD，K

其中，dD为锚固机构服务时间t后直径的损失量，dD＝D

例如，假定钢筋表面上一蚀坑，宽度为c；宽度c范围内，钢筋在整个圆周上被腐蚀。

在钢筋由初始直径D

其中，ρ为铁密度。

根据法拉第定律，钢筋的腐蚀质量损失为：

其中，M为铁的摩尔质量，n

则有：

服务时间t后，锚固机构的截面直径D

Dt＝Y(D

那么，可以定义腐蚀速率a为：

服役t

有时候仅知道腐蚀速率，而不知道具体的腐蚀函数，这个时候，就需要用腐蚀速率计算服役时间t后的等效直径。

锚固机构在承受拉力F

求解上式，得出锚固机构的安全承载时间(耐久时间t

S1-3、本实施例中锚固结构的锚固机构上不设置防腐结构，故以锚固机构的耐久时间t

S2、基于锚固工程已服役时间t、锚固结构耐久时间t

一、当t≤A时：

A.t

B.t

C.t

二、当t>A时：

此时，锚固工程的服役年限已超过设计年限，对锚固工程的安全性应定期进行评价。

A.t

B.t

C.t

本实施例还提供一种锚固工程安全性评价装置包括参数获取模块和安全性评价模块，其中参数获取模块用于获取锚固工程的已服役时间t、设计年限A、安全性指标设计要求K

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中锚固工程安全性评价方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中锚固工程安全性评价方法的步骤。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本例中锚固机构上包裹波纹管、PE套等n层防腐结构。

本实施例中锚固结构的耐久时间t

本例中n层防腐结构的耐久时间t

A、获取锚固结构中包裹在锚固机构外的n层防腐结构中各层i的设计厚度H

B、基于第i层防腐结构的设计厚度H

设第i层防腐结构耐久性可用以下函数描述：

P

其中，H

可见，防腐材料的厚度是材料参数、环境变量和时间的函数，可以写为：

H

那么，可以定义腐蚀速率b为：

服役t

记t对H的反函数为：

t＝Q

计算上式，得出该层腐蚀结构从防腐结构的设计厚度H

本实施例中锚固结构(包括锚固结构和防腐结构)耐久时间t

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。

实施例3：本实施例为一种新建锚固工程安全性设计方法，利用实施例1的锚固工程安全性评价方法反向设计选择锚固机构的设计截面直径D

(1)锚固结构的耐久性t

(2)锚固工程的设计安全性指标K

(3)锚固工程达到设计年限A后的安全性指标K

具体包括以下步骤：

S1、获取该新建锚固工程的设计年限要求A，以及锚固结构的材料参数K

S1-1、计算锚固工程满足最基本的安全性指标要求K

为避免出现氢脆等破坏危害锚固结构使用寿命，仅采用部分强度进行设计，选用βf

βf

βf

S1-2、根据锚固结构的材料参数K

S2、根据选定的锚固结构的设计截面直径D

本实施例中以锚固机构的耐久时间t

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。

实施例4：本实施例为一种新建锚固工程安全性设计方法，本实施例与实施例3基本相同，不同之处仅在于本例中锚固机构上包裹波纹管、PE套等n层防腐结构。具体方法包括：

获取该新建锚固工程的设计年限A，该锚固工程上的锚固结构中锚固机构的材料参数K

选定锚固结构的防腐措施，根据各层防腐结构的设计厚度H

基于防腐结构的耐久时间t

根据选定的锚固结构的设计截面直径D

本例中锚固结构的耐久时间t

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中新建锚固工程安全性设计方法的步骤。