锚杆加固机理及其在边坡工程中的应用

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1、锚杆加固机理及其在边坡工程中的应用一、引言岩土工程中的锚固技术是应用锚杆或锚索对岩土体进行加固，可充分地发挥岩土体自身稳定能力，是一种对原岩扰动小、施土速度快、安全可靠以及经济有效的加固手段，在水利水电、铁路交通、城市建设、地下工程、国防建设和采矿工程等行业中得到了广泛的应用，并获得巨大的成功，取得了良好的经济和社会效益。锚固技术的发展和应用是现代岩土玉程的一个重要标志，目前锚固技术的发展正处于方兴末艾的时期，锚固理论的深入探讨和研究，对推动岩土工程领域的发展有着极其重要的意义。岩土工程中所使用的锚杆是一种安设在岩土层中深部的受力杆件，它的一端与工程建筑物相连，另一端锚固在岩土层中，必要时

2、对其施加预应力，以承受土压力、水压力或风载荷所产生的拉力，用以有效地承受结构载荷，防止结构变形，从而维护结构建筑物的稳定。二、边坡工程中锚杆支护的发展目前而言，国内外很多学者都侧重于研究加锚节理岩体的模拟计算方法。英国的Pande等人侧重研究了加锚节理岩体的模拟计算方法;Egger对加锚岩体的力学性质作过大量的实验研究;马来西亚的L.P.Yap在1984年利用有限单元法分析了在拉拔力作用下岩体注浆锚杆的荷载传递机理，并且指出了锚杆侧剪应力的均匀分布假设是错误的。印度的K.G.Sharma(1988年)采用等效介质的方法应用粘弹塑性理论分析了锚杆在岩质边坡中的加固机理。韩国的T.F.Cho(

3、1993年)提出了与节理单元配合使用的二维锚杆离散模型。加拿大的B.Benmokran(199年)利用室内模型实验分析了锚杆的抗拔机理;瑞典的C.Li(1999年)针对锚杆安装在均匀变形岩体中、受拉拔力作用和节理的张开作用三种情况，分别提出了相应的锚杆分析模型，并探讨了锚杆在三种情况下的应力分布和变形特点。GargeV.k.(1991年)对节理岩体的锚杆提出了大变形的有限元分析方法；我国浙江大学的杨延毅、中科院武汉岩土研究所的朱维申、李术才从断裂力学的角度分析了锚杆对裂隙岩体的加固机制。宋宏伟等于2002年通过数值模拟和新的研究模型研究锚杆和非连续岩体的相互作用，发现了锚杆在非连续岩块的锚

4、固中受到剪切时，存在锚固岩块分离的力学现象，称为“导轨作用”第5页共5页，导轨作用的存在，使两岩块分离或出现分离趋势，这不但没有增加锚固岩块间的相互作用力，而且使相互作用力变小甚至为零，削弱节理面的抗剪强度，对锚固效果产生负面影响，该发现对传统的锚杆作用提出了质疑。北京建筑设计总院的程良奎、范景伦等人通过大量的锚杆试验和工程实践，提出了“岩土锚固墙”的新概念。三、锚杆在边坡工程中的支护机理综合起来，锚杆在边坡工程中的支护作用主要表现为对节理裂隙岩体等不连续面的加强效应，归纳起来主要有以下一些作用1、增韧止裂机理。边坡中的卸荷裂隙随着侧向压应力逐渐解除，并局部进入微拉时，经历张型起裂，并在断

5、续卸荷的自身平面内由稳定扩展到失稳，岩桥击穿而相互贯通破坏。设置锚杆主要作用可看成是对卸荷裂隙提供桥联作用，以阻止或延缓其张裂扩展过程，进而改善边坡岩体的变形与强度性质。2、销钉作用销钉作用认为锚杆在加固软弱结构面时，凭借杆体自身的抗剪能力阻止结构面的相对滑动，从而提高了结构面的抗剪强度和粘结力。3、剪胀效应机理当岩体中的粗糙不连续面发生剪切位移时，不连续面的两壁因剪胀而产生扩容，使得贯穿不连续面的锚杆受拉产生附加的法向应力，并通过不连续面的摩擦效应提供附加的抗剪强度。4、预应力作用预应力作用能有效的降低或消除岩体中的拉应力和剪应力，使应力集中现象得到缓解，从而改善了岩体的应力状态，同时，

6、预应力使加固区的节理裂隙闭合，使节理裂的连通率降低，从根本上提同了岩体的抗剪强度。5、组合梁作用根据组合梁作用原理，我们将薄层状岩体看成一种梁(简之梁或悬臂梁)，未锚固时，它们只是简单地迭合在一起。由于层间抗剪力不足，在荷载或自重作用下，单个梁均产生各自的弯曲变形，上下缘分别处于受压和受拉状态。锚固后，将形成组合梁，岩体相互挤压，层间摩擦阻力大大增加，内应力和挠度大为减小，于是增加了组合梁的抗弯强度。当将锚杆埋入岩土体时，数层岩土体组成的组合梁将大大提高岩土体的承载力。锚杆提供的锚固力愈大各岩土层间的摩擦阻力愈大，组合梁整体化程度愈高，其强度也愈大。6、　挤压加固作用预应力锚杆锚入松动岩土

7、体后，其两端附近形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩区。若将锚杆以适当间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，在预应力作用下，便形成一定厚度的连续压缩带。同时由于预应力的存在，在压缩带中的岩土体处于三向应力状态，第5页共5页提高了岩土体强度，在较为破碎的岩土体中安装预应力锚杆，可以使没有多大粘结力的碎石土加固成能承受较大荷载的整体“结构”。这就是锚杆的挤压加固作用。四、边坡工程中锚杆支护的设计方法在边坡工程中，锚杆支护常常用