關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索加固效應(yīng)幾點看法

分析了預(yù)錨加固體系現(xiàn)行設(shè)計方法所依據(jù)的基本理論，認(rèn)為改進設(shè)計方法的關(guān)鍵在于加強對加固機理和效應(yīng)的認(rèn)識。通過分析預(yù)錨體系的特點，對單根預(yù)應(yīng)力錨索研究的重點問題以及如何提高預(yù)錨加固的效果提出了自己的觀點。此外，還探討了有限單元法在預(yù)錨計算中的應(yīng)用，以及群錨體系的整體效應(yīng)和計算特點。自1934年阿爾及利亞在加高舍爾法壩時使用預(yù)應(yīng)力錨索以來，預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)已因其獨特的優(yōu)越性而在國內(nèi)外許多工程(特別是水電工程和巖土工程)中得到廣泛應(yīng)用，對預(yù)錨技術(shù)的研究也日益深入[1]。本文在參閱大量研究成果的基礎(chǔ)上，對預(yù)錨加固效應(yīng)研究的重要性和必要性、預(yù)錨體系的特點和研究方法、預(yù)錨研究中應(yīng)當(dāng)重視的一些問題等提出了自己的看法，以期對進一步研究預(yù)錨加固技術(shù)有一定的幫助。1應(yīng)加強預(yù)錨加固效應(yīng)的研究

近年來，我國科技工作者在預(yù)錨技術(shù)理論研究方面取得了較大的進展，但總的來說，這方面的研究還落后于工程實踐，特別是設(shè)計計算方法還不成熟，大多數(shù)設(shè)計只能主要憑經(jīng)驗和工程類比法來確定預(yù)錨參數(shù)，這是由于我們還無法從理論上完善地、定量地說明預(yù)應(yīng)力錨索的力學(xué)效應(yīng)和加固機理。本文將從以下幾方面對預(yù)錨研究提出一些看法:(ａ)現(xiàn)行設(shè)計方法所依據(jù)的基本理論以及改進設(shè)計方法的關(guān)鍵;(ｂ)預(yù)錨加固體系的特點以及有限單元法在預(yù)錨研究中的應(yīng)用;(ｃ)預(yù)錨研究中應(yīng)特別重視內(nèi)、外錨頭區(qū)的應(yīng)力變化;(ｄ)提高單孔噸位的新途徑———分級張拉法;(ｅ)群錨加固體系的整體效應(yīng)和簡化方法。2探索加固機理，才能改進設(shè)計方法

預(yù)錨加固巖體邊坡設(shè)計常用的一種方法，就是基于可能出現(xiàn)的巖體失穩(wěn)形式，采用剛體極限平衡法對加固前的巖體進行分析，再根據(jù)下面的公式計算保持邊坡穩(wěn)定所需施加的預(yù)錨力。Ｑ1+Ｑ2ｔａｎ?=ＫＴ式中:Ｔ———加固前巖體的下滑力;?———滑動面的內(nèi)摩擦角;Ｑ1，Ｑ2———由預(yù)應(yīng)力錨索提供的切向抗滑力和法向正壓力;Ｋ———安全系數(shù)。然后由經(jīng)驗和一些近似計算公式來確定其余的布錨參數(shù)，包括錨索的布設(shè)范圍、間距、方向、長度、錨固方式、錨固段長度等。在加固洞室圍巖的計算中，公認(rèn)的理論和統(tǒng)一的設(shè)計方法還沒有建立起來，而只是針對不同的圍巖條件，分別沿用了非預(yù)應(yīng)力錨桿加固中的懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論等。在許多計算中，復(fù)雜的巖體被簡化為剛體，預(yù)應(yīng)力錨索的作用被看成僅僅是提供一個平衡力。在整體圍巖和軟弱圍巖的計算中，雖然考慮到了預(yù)應(yīng)力所引起的巖體應(yīng)力場的變化，但對于這種變化在巖體內(nèi)的具體分布情況及其對預(yù)錨加固效果的影響，還缺乏規(guī)律性的認(rèn)識。設(shè)計計算方法的不足之處，正是緣于對預(yù)錨加固的力學(xué)效應(yīng)和加固機理的認(rèn)識不夠深入，這已引起人們的重視。例如，文獻[2]中分析了預(yù)錨加固的機理和效果，從不同的角度加深了對預(yù)錨作用的認(rèn)識。3應(yīng)明確預(yù)錨體系的特點

3。1預(yù)錨體系是不可分割的整體預(yù)錨加固體系由預(yù)應(yīng)力施加體和被加固巖體所組成，而預(yù)應(yīng)力施加體又由預(yù)應(yīng)力錨索和內(nèi)、外錨頭組成。內(nèi)錨頭有機械式和膠結(jié)式兩種，目前國內(nèi)大型預(yù)錨加固工程中使用最多的是用水泥砂漿作為膠結(jié)材料的膠結(jié)式內(nèi)錨頭。本文將膠結(jié)式內(nèi)錨頭及膠結(jié)段的錨索統(tǒng)稱為內(nèi)錨固段。人為施加到錨索上的預(yù)應(yīng)力正是依靠外錨頭的支撐作用、膠結(jié)段錨索與膠結(jié)體之間的粘結(jié)力、膠結(jié)體自身的承載力，以及膠結(jié)體與周圍巖體之間的粘結(jié)力，最終傳遞到被加固的巖體上。因此，預(yù)錨體系是一個不可分割的、共同工作的整體。本文主張在研究中重視“整體性”的概念，其含義包括:(ａ)每根錨索與周圍巖體形成一個整體，從而使預(yù)錨力能有效地傳遞到巖體;(ｂ)各錨索通過周圍巖體聯(lián)系在一起，產(chǎn)生群錨加固的整體效應(yīng);(ｃ)通過對加固前后巖體整體穩(wěn)定性的比較，研究預(yù)錨加固的機理和效果。

3。2預(yù)錨加固體系破壞形式的多樣性

ａ。錨索斷裂破壞。這種破壞主要是通過控制張拉應(yīng)力(國內(nèi)目前常常取為0。625σｂ～0。65σｂ)、保證錨索質(zhì)量和采取防腐措施來防止。ｂ。錨索與膠結(jié)體間的結(jié)合面破壞。是否會發(fā)生此類破壞，主要取決于結(jié)合面強度。以往工程界都是利用抗拔試驗取得平均的結(jié)合面強度數(shù)據(jù)，而本文則傾向于結(jié)合剪應(yīng)力的分布規(guī)律和相對滑移量進行研究。ｃ。膠結(jié)體內(nèi)部破壞。膠結(jié)體內(nèi)部可能發(fā)生拉裂及剪切的復(fù)雜應(yīng)力破壞，可用非線性有限元方法計算其應(yīng)力場，并模擬實際破壞過程。ｄ。膠結(jié)體與巖體之間的結(jié)合面破壞。是否發(fā)生此類破壞，取決于膠結(jié)體的強度以及內(nèi)錨頭是否進行擴孔處理等多種因素。一般情況下較少發(fā)生這種破壞。ｅ。被加固巖體發(fā)生破壞。一般認(rèn)為只要有足夠的錨固力，就不會發(fā)生錨固破壞。筆者認(rèn)為這種觀點不夠全面。在分析被加固巖體破壞形式時應(yīng)考慮以下幾點:被加固巖體的整體穩(wěn)定性和安全度;預(yù)錨加固后薄弱面向更深層轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生新的整體失穩(wěn)的可能性;預(yù)錨力所引起的預(yù)錨附加應(yīng)力場是否會造成巖體局部破壞，以及這種局部破壞是否會進一步發(fā)展為整體破壞。4有限單元法是一種有效的方法

在預(yù)錨技術(shù)理論研究的諸多方法中，有限單元法因其獨特的優(yōu)點而被經(jīng)常采用。成功地應(yīng)用這一方法的關(guān)鍵在于選擇合適的單元類型，采用符合實際的破壞準(zhǔn)則，恰當(dāng)?shù)啬M預(yù)錨體系的結(jié)構(gòu)特點、材料性質(zhì)、工作機制和破壞過程。

4。1單元類型桿單元、三角形截面整圓環(huán)單元、三角形截面整圓環(huán)裂紋單元、平面或空間等參單元、裂隙單元、夾層單元、描述結(jié)合面處傳力特性的粘結(jié)單元等，在預(yù)錨加固研究中都是非常有效的。關(guān)于粘結(jié)單元，可以借鑒鋼筋混凝土方面的研究成果。筆者受平面分析中雙彈簧粘結(jié)滑移單元的啟發(fā)，在預(yù)錨加固空間有限元分析中成功地采用了空間彈簧粘結(jié)滑移單元。

4。2本構(gòu)關(guān)系理想的線彈性模型在大多數(shù)預(yù)錨加固問題中難以真實、準(zhǔn)確地反映預(yù)錨體系的實際特征，也無法說明整個體系的安全儲備能力。因此，常常需要深入分析各種非線性的特點，采用更接近于實際狀況的本構(gòu)關(guān)系。在預(yù)錨加固計算中尤其應(yīng)考慮錨索與膠結(jié)體之間的粘結(jié)應(yīng)力和滑移量的關(guān)系，才能合理地構(gòu)造出粘結(jié)滑移單元的剛度矩陣。

4。3荷載的復(fù)雜性荷載的復(fù)雜性包括兩方面的內(nèi)容，即除了與一般的巖土工程問題相同外，還必須考慮預(yù)錨力作用的復(fù)雜性。顯然，預(yù)應(yīng)力錨索的作用并不總是能簡化為錨索兩端的一對集中力，很多情況下我們必須考慮預(yù)錨力究竟是以何種規(guī)律被傳遞到巖體上的，有時還需考慮錨索與膠結(jié)體共同抗彎、抗剪的作用。

4。4平面和空間有限單元法平面非線性有限單元法可用于計算一些預(yù)錨加固問題，但在許多問題中空間效應(yīng)的影響是較大的，此時就必須采用空間有限單元法。

4。5群錨計算的簡化本文建議在大規(guī)模群錨問題分析中，采用子結(jié)構(gòu)等方法來縮減工作量。

4。6有限單元法的局限性有限單元法是研究預(yù)錨加固體系的一種有效的方法，但由于非線性有限元的計算結(jié)果的可靠性在很大程度上依賴于模型參數(shù)選取的準(zhǔn)確性，因此，這一方法在實際工程計算中的應(yīng)用和推廣仍受到很大限制，筆者主要將其用于對一些簡化的情形進行初步的理論上的研究。5應(yīng)重視內(nèi)、外錨頭區(qū)的應(yīng)力變化

獵在對單根澆錨索的加固效啦應(yīng)和破壞特點吸進行分析時應(yīng)策重視以下幾個捷方至面祝:霉預(yù)應(yīng)力施加體頃自身的受力和銷破壞特慈點志;悲預(yù)應(yīng)力的傳播浙規(guī)律和力學(xué)效染應(yīng)旦;賺預(yù)錨加固力學(xué)碎效應(yīng)的影響因霧素集;白預(yù)錨加辛固的機理和效克果桃;住提高預(yù)錨加固厲效率和效果的己途徑。野考慮到應(yīng)牧力分布形態(tài)的昂特點及其對預(yù)行錨加固機理和涼效果的影嗓響按[3尤]搬，本文主張重遲點對外錨頭、蜓內(nèi)錨固段及其慢附近區(qū)域進行奮分析。在對膠含結(jié)式內(nèi)錨固段窄進行研究時，汗尤其應(yīng)重視錨溜索和膠結(jié)體之價間的粘結(jié)滑移絕特性毛。宴跟5憂。監(jiān)1邪膠結(jié)式內(nèi)錨勉固段長度的計饒算椅目前設(shè)計撫中確定內(nèi)錨固末段長度的方法屯是按下面兩式捕求出較大者，芽即孟Ｌ減ｍ港=侄Ｋｃｑ當(dāng)ｍ趟/容(臘π晌ｄ瘦ｎ麥τ舌ａ曲ξ此)瑞Ｌ撿ｍ揪=好Ｋｃｑ周ｍ票/我(吵π旁Ｄ右τ網(wǎng)ｂ肢ξ魄)漆式缺中讀:令ｑ乳ｍ挺——匠—押張拉鍬力然;萬ｄ，壯Ｄ系——抄—吹鋼鉸線直徑和路內(nèi)錨固段孔瘋徑帖;惕ｎ姜——珍—薦鋼鉸線根忽數(shù)跨;優(yōu)τ學(xué)ａ凡，呢τ混ｂ浪——燙—爬錨索與膠結(jié)體抽之間、膠結(jié)體坊與孔壁之間的跟粘結(jié)強右度貴;荒Ｋｃ趕，群ξ——懇—壺安全系數(shù)和折層減系數(shù)。毅這一方法實際拳上是把不均勻忠應(yīng)力當(dāng)成均勻黑應(yīng)力來計算，蛇難以準(zhǔn)確地反債映實際狀況翻。譯朝5呈。懶2迎預(yù)錨力的傳逼遞規(guī)律示可以采用份雙彈簧或空間壯彈簧粘結(jié)滑移沒單元來模擬錨糠索和膠結(jié)體之劉間的傳力和滑布移特性，以便吩分析預(yù)錨力在束錨索和巖體之籃間傳遞并在巖催體內(nèi)傳播、擴跡散的規(guī)律壤。脆布5蜘。再3稻預(yù)錨加固的白力學(xué)效應(yīng)穴預(yù)錨加固估的作用不僅在館于提供直接平壁衡力、限制巖祝體變形，更在族于加強巖體結(jié)查構(gòu)、提高巖體難強度以及參與竄調(diào)整應(yīng)力狀炮態(tài)脅[4潮]鋪。巖體之所以摩失穩(wěn)或有失穩(wěn)倉的趨勢，從根儲本上說是由巖煌體自身的結(jié)構(gòu)逆特點和材料特殲性，以及天然耀因素或人為因團素所引起的應(yīng)慎力重分布所決搞定的，而預(yù)錨這加固的實質(zhì)就辰是施加主動的足錨固悔力框:夾一方面使巖體合的結(jié)構(gòu)得到加巴強，大大提高當(dāng)巖體的承載能痛力，另一方面餐，在巖體內(nèi)產(chǎn)戶生預(yù)錨附加應(yīng)釀力場，使不利柔的應(yīng)力狀態(tài)得口到調(diào)整和改善留，從而提高巖松體穩(wěn)定的可靠賞度。因此，深驕入研究預(yù)錨附奪加應(yīng)力場的特昂點、預(yù)錨參數(shù)機對它的影響、區(qū)應(yīng)力變化對巖魯體穩(wěn)定的影響截是非常必要的盯。緩6悲分級張拉法挨可提高加固效財果和效家率剖群在內(nèi)錨固即段靠近上端的洋部分，錨索和遣膠結(jié)體之間的范剪應(yīng)力存在著洋相當(dāng)嚴(yán)重的應(yīng)齊力集中現(xiàn)象。液因此，當(dāng)預(yù)錨飼力較大時可能貨會造成結(jié)合面包發(fā)生局部粘結(jié)鍬破壞，甚至引之起內(nèi)錨頭嚴(yán)重肥破壞。此時，覆可以對內(nèi)錨固愚段采用分段填赴漿、分級張拉效加荷的方法，賓有效地防止這你種破壞。鉗所謂分段填漿廳、分級張拉加宣荷，就是將內(nèi)冰錨固段的水泥芹漿改一次回填銀為多階段回填服。在每一階段冰，當(dāng)水泥結(jié)石魯達到一定強度圓時，對錨索施必加部分荷載，午然后進行下一憶階段回填及張踐拉。當(dāng)后一階緊段回填長度足晝夠長時，該階亂段加荷僅會對輔前一段水泥結(jié)嗽石內(nèi)的應(yīng)力狀掃況產(chǎn)生很小的厚影響。通過這擇一方法，可以剃緩解應(yīng)力集中逮現(xiàn)象，大大改蓄善膠結(jié)式內(nèi)錨合固段的應(yīng)力狀儀態(tài)，防止內(nèi)錨齡頭的破壞。而粘且本文認(rèn)為，永還可以通過這寧一方法控制被外加固巖體內(nèi)的喊應(yīng)力重分布的怕具體狀況，提極高加固的效率追和效果。信7翼應(yīng)注重群錨頸體系的整體效固應(yīng)珍冶已有一些砌文章涉及到群她錨加固體系，銜但對其進行系盾統(tǒng)、深入研究抄的還不多見。堆本文認(rèn)為在群譜錨研究中，以往下幾方面值得響引起重視絞。汽左ａ。將群錨加磨固體系作為一元個整體來分析腥群錨加固條件任下巖體內(nèi)的應(yīng)衫力場、位移場避沿空間和時間準(zhǔn)的分布規(guī)律。嫌ｂ。各單錨之參間相互影響和根共同工作的規(guī)嫩律。煙ｃ。影響群錨粱加固整體效應(yīng)謹(jǐn)?shù)闹饕蛩亍悖?。群錨加固老力學(xué)效應(yīng)與群呈錨加固效果的站關(guān)系?？希濉ｎA(yù)錨加固所前后巖體穩(wěn)定塌性的評價，安魔全系數(shù)的確定帥。壞ｆ。采取合理麻的簡化方法，漂提高大規(guī)模群壓錨體系有限元椒分析的工作效運率。例如，可綁采用子結(jié)構(gòu)