锚固技术在岩土工程中的发展已经有很长的历史。国内外锚固技术应用已相当成熟,但预应力锚杆锚固机理的研究仍然滞后于实际工程。本文针对压力型锚杆,考虑接触面特性,引入折减系数,理论推导出拉力型锚杆锚固段的剪应力和轴力的数学表达式。
在压力型锚索的锚固理论方面,-学者尤春安[1]的研究结果:
式中:锚固体泊松比、岩体泊松比,锚固体弹性模量、岩体弹性模量,接触面上内摩擦角,钻孔半径。
如图2.1模型,以承载体为原点,沿着锚杆轴向,建一维坐标系,假定:
①锚固体与岩体交界面,满足库伦准则;
②锚固体与岩体均为理想弹塑性材料;
③锚固体横截面上的轴力均匀分布。
在锚固段,沿着轴线取一微单元体,如图2.2示,轴向受力平衡,整理得:
式中:锚固体截面上正应力,交界面界面上剪应力,锚固体半径。
考虑库仑定律,可以得:
公式中:锚固体和岩土体间粘结力、折减后粘结力,交界面外摩擦角、折减外摩擦角,钻孔注浆的挤压效应,外摩擦角 大于岩土体内摩擦角,进行折减,折减系数。
广义胡克定律,锚杆轴向应变:
式中:径向应变,环向应力。
据假设三,可得: (2.4)
将(2.3)代入(2.4):
锚杆径向位移[2]: (2.6)
式中:边坡岩体泊松比,锚固体径向位移,钻孔外任意一点到孔圆心距离
岩体与锚固体交界处(即),联立(2.5)、(2.6):
将(2.5)、(2.6)代入(2.7):
边界条件:
将(2.9)代入(2.8):
联立(2.3)、(2.6)、(2.10)得压力型锚杆锚固段剪应力和轴力:
为验证本文理论,将文献[1]尤安春公式的计算结果,与本文理论的计算结果对比。各项参数文献[1]一致,结果对比见图3.1。
从图得:①本文公式的计算结果中,与尤安春公式计算的结果一致,符合实际工程中情况;②剪应力在承载体出最大,随距离增大,呈指数型减小,最后趋于0,符合实际工程情况。
①针对压力型锚杆,考虑锚固段锚杆与岩体土体接触面的粘聚力和钻孔注浆的挤压效应,引入折减系数,推导出压力型锚索锚固段剪应力、轴力数学表达式。
②通过实例,本文公式的计算结果中,剪应力和轴力的变化趋势和分布形式与尤安春公式计算的结果一致,符合实际工程。
摘要：预应力锚固技术,积累了丰富的工程经验,对压力型锚杆的理论研究较少。本文针对压力型锚杆,考虑接触面特性和钻孔注浆的挤压效应,引入折减系数,理论推导出拉力型锚杆锚固段剪应力和轴力数学表达式,且与国内研究进行对比。
关键词：拉力型锚杆,理论分析,剪应力,轴力
[1] 尤春安.压力型锚索锚固段的受力分析[J].岩土工程学报,2004,26(6):828-831.
[2] 徐芝纶.弹性力学下第5版[M].高等教育出版社,2016.
