压力分散型锚索锚固机理研究分析

2019-03-28

福建质量管理 2019年2期

(重庆交通大学重庆 400074)

一、国内外研究现状

自上世纪年代中期成功研究出压力分散型铺杆后，国内外对压力分散型锚索错固段的轴力、剪应力分布形态进行了实测和理论研究，并对压力分散型锚索的结构型式、不同土层中锚索的注菜体与岩土体间的粘结强度、设计方法等进行了相关理论研究。

(一)锚固机理试验研究现状

Barley,A.D于1988年对相同地层和施工条件下的普通错索和压力分散型锚索进行了对比试验研究，并得到了如图所示的粘结应力分布特征。传统拉力集中型锚索受到张拉荷载作用后，未能将张拉荷载均匀地分布在整个描固段上，出现了严重的应力集中现象；压力分散型描索在进行先补偿后整体张拉后，使得粘结应力峰值大为降低，并均勻地分布在整个错固段上，极大的提高了承载能力。

程良奎等对压应力分散型铺索进行了现场试验研究，得到了错索轴力及粘结应力分布的分布规律对揭示压力分散型锚索的工作特点和粘结应力分布规律的研究起到了有力的推动作用。

曹兴松，周德培对国道318线二郎山至康定公路高边坡的压力分散型错索加固项目进行了现场试验研究，试验结果表明，在分级循环张拉后，破碎岩体中的锚索单元的注架体的应变、轴力和粘结应力沿注装体长度方向按指数规律衰减变化，试验荷载主要集中在距离各级承载体4m的范围内。

许有飞基于数值分析方法对压力(分散)型锚索的有效错固段长度、单根描索作用影响范围进行了研究，从而为锚索锚固段和群错错索间距的确定提供了依据。

夏元友等对岩体中的压力分散型描索加固效应进行了足尺模型试验研究，在整体张拉条件下，注浆体轴向应变及黏结应力随长度呈现衰减变化分布，锚索的有效长度随着张拉荷载的增加而向外延伸。

(二)锚固机理的理论研究现状

邵江根据压力分散型错索的轴向应变的衰减特点，利用弹塑性理论对压力分散型铺索的错固段长度进行了理论分析。

张永兴、卢黎借用无限体内弹性理论的位移解，结合微段静力平衡条件，得到错固段的应力方程。

尤春安根据压力型错索铺固段的受力状态，导出了基于库企准则的错固段剪应力和轴力分布的弹性理论解，铺索错固段所受到的剪应力与张拉荷载成正比，即张拉荷载越大，锚固段所受的剪应力就越大，但剪应力的分布形式不变。

贾金青在尤春安研究的基础上，并假定装体与岩土体间的接触面满足摩尔一库企定律，推导出了压力分散型预应力锚杆的受力传递公式解析解。

程良奎初步建立了岩土锚固工程安全评价模式，还论述了错固工程危险源的辨认方法，锚奸长期性能的监测与检测，岩土锚固安全工作临界指标以及岩土错固病害的处治方法。

二、锚固机理

(一)轴向应力和剪应力分布规律

注浆体轴应力由锚索的拉力变为压力，且在承载板处产生高度的应力集中。轴向应力最大值发生在承载板处，随着与承压板距离的增加，受压端注浆体的压应力呈负指数衰减直至为零。在同一设计荷载条件下，注浆体轴应力随着围岩体强度的增加而减小，且注浆体轴力有效长度也随之减小。其原因为在锚索张拉过程中围岩对注浆体的径向变形有约束力作用，围岩强度越高，对注浆体的径向约束作用越强，注浆体与围岩体孔壁间的剪应力越大，从而限制注浆体轴向变形，因此在同一张拉荷载条件下，注浆体轴应力随着围岩强度的增加而减小。

剪应力在承载板处取得最大值，随着距承载板的距离增大而减小，剪应力的衰减快慢程度与岩土体的弹性模量有关，弹性模量越大衰减越快，反之越慢。剪应力分布曲线沿注浆体长度方向大约按负指数规律衰减变化。

(二)锚索单元间的应力影响

压力分散型锚索将整个锚固力以压力的形式分散作用于各个单元锚体上后，各锚索单元间的应力会发生相互影响，表现之一就是应力叠加现象。这种应力叠加现象因注浆体与岩体界面的摩阻力、单元锚体长度等条件的不同而表现程度相差很大。

在坚硬岩体中，孔壁附近岩体对注浆体的径向约束很强，轴向应力很大，因此摩阻力也很大，此时轴向应力在注浆体上传递时衰减很快，锚索单元只要有一定的长度就会传递到下一单元，因此不会发生应力叠加现象。

在软弱岩体和土体中，孔壁岩土体对注浆体的径向变形约束很弱，轴向应力较小摩阻力也相应较小，此时轴向应力在注浆体上传递时衰减较慢，如果锚索单元长度较短，就会传递到下一锚索单元，因此通常都会发生应力叠加现象。

发生应力叠加现象时，作用于各锚索单元上的压力将向压力作用方向即空口方向传递，孔口单元的压应力和剪应力将有所增加，可能造成注浆体破坏或锚索单元失稳。应力叠加现象发生的条件是注浆体与岩体界面的抗剪强度不足以消除注浆体上的轴向应力传递，因此提高注浆体与岩体界面的抗剪强度或增加锚索单元的锚固段长度可消除应力叠加现象。