锚杆锚固段剪应力非线性特征及应用研究

【摘要】锚杆支护具有施工方便,工程成本低,工期较短等优势,与其他支护方式相比,预应力锚杆更具有主动支护的优越性,锚杆支护正广泛应用于我国工程建设的诸多领域,逐渐成为岩土工程领域中最重要的支护手段之一。锚杆主要由两段组成,即自由段和锚固段,而自由段的受力情况较简单,只受到轴力作用。了解锚杆锚固段的受力情况,为锚杆的正确使用和扩大锚杆的应用范围,有着重大意义。但目前锚杆支护的设计方法仍处于经验阶段,尽管现场的监控技术和其他新技术的引进有助于人们对锚固情况做进一步判断,但只能作为锚杆设计的参考依据。本文研究了锚固段的锚固体剪应力非线性分布特征,提出了基于锚固段的锚固体剪应力非线性分布的设计方法,本文主要从以下几个方面展开。(1)基于剪滞一脱粘模型并结合荷载传递法,研究了锚杆锚固体与土体间的剪应力沿锚固段长度的分布特性。首先推导了锚杆轴力分布函数,通过一次求导得到了锚固体剪应力沿锚固体的分布函数,从函数的形式可知,剪应力分布是非线性的。(2)在此基础上,推导了不同阶段(弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、塑性残余阶段)锚杆轴力和锚固体剪应力分布函数。在实例分析中,采用Mindlin模型和双曲函数模型进行对比分析。(3)基于Flac3D,首先对土质边坡锚杆锚固段的轴力分布进行了数值模拟,然后将轴力模拟结果转化为锚固体剪应力,以验证本文方法。(4)基于剪滞一脱粘模型下锚固体剪应力非线性分布特征,提出了锚杆锚固段长度计算的方法；与现有规范中计算锚杆锚固段长度时,将锚固体的剪应力视为线性分布的方法进行了对比分析,最后通过数值模拟的方法对本文所采用的方法,用于边坡加固时的安全性进行了验证。(5)将本文方法应用于工程实例中,对怀化财富中心广场边坡进行支护设计,并详细介绍了锚杆锚固段长度的计算及各设计参数的使用。
【作者】邱艳军；
【导师】文畅平；
【作者基本信息】中南林业科技大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】锚杆；剪应力；非线性特征；锚固段长度；

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