锚固体界面力学及流变特性研究

• 作 者: 李京剑
• 机 构: 同济大学
• 出 处: 同济大学航空航天与力学学院 同济大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 边坡稳定性 边坡加固 预应力锚杆 锚岩界面 蠕变 流变 地震

边坡稳定性问题是边坡加固工程的核心问题。预应力锚固技术作为对边坡加固的主要手段，目前得到广泛应用和很大发展。由于预应力锚固作用机理复杂，影响预应力锚固效果的因素众多，因此需要深入研究锚索的作用机理、锚索的受力过程以指导锚索的优化设计和合理化施工，本文工作对完善预应力锚固理论及实际应用技术具有十分重要的理论意义。
预应力损失是衡量预应力锚索可靠性的主要指标之一，引起预应力损失的因素主要是岩体和锚索的蠕变。另外，在边坡支护问题上，还得考虑地质等其他因素带来的影响，其中尤以地震影响最大。因此，针对预应力锚索的研究现状，本文着重开展了如下几方面的内容工作：
一、比较全面综述了预应力锚杆及锚固体的力学特性的研究历史、现状、存在问题及未来发展趋势。
二、设计了特别的现场实验方案，对内锚固段中剪应力进行了现场实测。结果表明内锚固段中剪应力既不是均匀分布的，又不是沿全长都受力的，而是在内锚固段口部附近有高度的剪应力集中。这一结果在目前的工程设计和施工中没有得到应有的重视。
三、对锚岩内锚段应力分布特征提出新的理论分析，以锚索拔出为对象建立理论分析模型，从解析和数值分析两方面对锚岩界面端部的力学行为进行了研究。利用经典弹性力学理论和数值方法，对锚岩内锚段应力分布进行研究，据此对目前普遍在工程中采用的内锚段的设计提出修改建议。另外，利用有限元软件ANSYS，详细分析了锚岩界面端部奇异应立场特性，以及几何参数、材料参数对奇异应力场的影响。
四、利用数值方法，研究了预应力锚杆加固边坡在地震动载荷作用下的响应及其规律，着重探讨了预应力锚杆的防震作用。
五、预应力锚杆应力受损的一个重要因素是，锚杆和岩体的蠕变特性。为此，本文采用数值模拟的研究方法，详细分析了锚杆、岩石的蠕变性能对预应力锚杆加固边坡的影响，得到了锚杆、岩石的蠕变性能参数和应力受损表征参数之间的定量关系。另外，还给出了锚杆的几何参数的影响，以及锚杆效应等。
六、对于一个具体的锚杆加固边坡问题，设计了现场测试方案，得到了长达三个月的实验数据。建立了该工程问题的数值模型，得到了数值结果，试验结果和数值结果相比，基本一致。
本文采用现场实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究工程预应力锚杆加固边坡问题。结果表明，这种方法是有效而可行的，可以充分利用计算科学的成果，方便优化工程设计，减少工程造价，缩短工程施工时间。