自由式预应力锚索加固效应的数值试验研究.pdf

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1、第19卷第6期中国矿业V01．19．NO．62010年6月CHlNAMINJNGMAGAZINEJun2010自由式预应力锚索加固效应的数值试验研究温彦良，常来山(辽宁科技大学资源与土木工程学院，辽宁鞍山114051)摘要：采用数值仿真试验的方法，通过改变垫墩尺寸、施加不同的预应力～一～的方一～一式～一，研一一究一自由一～式预一～一一～一～一一应力锚索对岩体的加固效应。研究结果表明，在预应力作用下，垫墩处和锚固段岩体内形成两个应力集中区，其应力集中程度取决于预应力的大小与垫墩的尺寸。垫墩尺寸越小，预应力越高，应力集中程度越高。

2、锚索的轴力在自由段均匀分布，在锚固段逐渐降低。在预应力损失方面，预应力损失的程度与垫墩的尺寸大小关系密切，垫墩尺寸越大，预应力损失越少；而与预应力的关系较小。为预应力锚固的工程设计和理论研究提供了参考作用。关键词：自由式式预应力锚索；垫墩；预应力损失；数值试验中图分类号：TD325．5文献标识码：B文章编号：1004—4051(2010)06—0067—03Numericalexperimentsonreinforcedeffectsoffreepre-stressedcableWENYanliang，CHANGLai—sha

3、n(CollegeofResourceandCivilEngineering，UniversityofScienceandTechnologyLiaoning，Anshan114051．China)一一～一一一～～一～一～一一～一～一预应力锚固技术具有对岩土体扰动小、施工参数之间的定量关系，所得实验结果不具代表性，快、安全、经济等优点_1]，同时锚索具有锚固深度很难推广到其他工程。理论解析法，一般只适用大、强度高、可施加较大预应力等特点_2]。因于最简单的情况，很难考虑到岩体的非线形、各此，在岩土加固的各个领域域中得到了广泛的

4、应向异性及岩体与锚索群之间的相互作用等，所以用，充分显示了其巨大的经济效益和社会效益。在工程中应用较少。另外，由于预应力锚索的施研究预应力锚索加固效应的方法，大体有四种：工工艺复杂，张拉吨位、几何尺度、材料类型的现场试验、理论解析、室内试验和数值计算。一性质均变化很大，使得室内试验的各种应力比尺、般来说，现场试验是最符合工程实际的，但耗费几何比尺、荷载比尺、材料力学性质比尺等难以资金较大，且受场地地形、地质、施工条件限制，统一、相容，而且试验成本昂贵，且工况极少，许多因素具有很大的不确定性，因而难以建立各所以室内试验的发展也受

5、到一定的制约。随着计算机技术的不断发展，人们已经不限收稿日期：201001O9于对锚固工程的试验总结，还借助计算机进行锚作者简介：温彦良(1975)，男，河北石家庄人，讲师，硕士主要从事矿山压力和矿井动力现象的教学和科研工作。固作用机理的研究，由此能够深入探究锚索与围68中国矿业第19卷岩的相互作用机理、影响因素以及可能发生的失荷载的影响，也忽略介质的重力作用。稳模式。因为锚索预应力对其加固效果有着较为明显数值方法除了作为一种计算工具外，它已经的影响，那么准确施加锚索预应力，就关系着计成为岩土工程研究的一个重要手段。尤其在方案

6、算的精度问题。预应力锚索在施工时，一般先将比较及参数灵敏度分析中，数值方法具有其他方锚索插到孔底，然后在孔底注入一定长度的浆体，法无法比拟的优越性。本文就是通过数值方法，然后插筋。等到这部分浆体和锚索硬化到能承受结合文献，在前人研究的基础上，采用连续介质起锚索的初始张拉力时，才进行预张拉，最后锁快速拉格朗日计算程序，对自由式预应力锚索的定。锚索的模拟采用程序中提供的锚索单元进行，加固效应进行研究。首先让锚索都有了一定程度的张拉，然后将其与1程序简介垫墩连接并设为刚性铰结，使其不会发生相对错快速拉格朗日计算程序，采用“显式拉格朗

7、动。由于锚索的收缩特性会带动垫墩挤压岩体，日”算法和“混合一离散分区”技术，能够非常准从而使垫墩的作用得以体现。由计算的结果可以确的模拟材料的塑性破坏和流动。由于无须形成看出，采用这种方法来模拟锚索和垫墩的共同作刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解用是合理的。大范围的三维岩土工程问题。由于采用了自动惯2．2模型的力学参数量和自动阻尼系数，克服了显式公式存在的小时本文旨在对垫墩尺寸、自由式预应力锚索对间步长的限制以及阻尼问题。岩体的加固效应进行数值仿真试验研究，所以在程序中包含静力、动力、蠕变、渗流、温度参数的选取上，尽量

8、使得模型介质的力学参数和等5种计算模式，并且还可以进行多模式的耦合分岩体相符。灌浆体选用水泥砂浆，锚索直径为20析。另外，和一般的岩土工程应用软件相比，该mm，材料具体力学参数见表1。程序可以模拟多种岩土工程地质不连续面，包括表1材料力学参数表断层、节理等以及常见的多种支护形