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考虑径向约束力条件下的压力分散型锚索内力变化规律

王开俊



【摘 要】本文在对径向约束力条件下的压力分散型锚索内力变化规律进行研究的过程中,首先分析了接触面满足摩尔-库伦强度条件时弹性理论解,最后总结了径向约束力条件下的压力分散型锚索内力变化规律。

【关键词】压力分散型锚索;内力变化规律

压力分散型锚索主要是岩石锚固中新兴的一种工程技术,其力学性能和张拉方法在某种程度上有着直接性的关系,荷载张拉方式在某种程度上将各单元钢绞线的长度对其受力的影响加以考虑,但将补偿张拉过程中单元间锚固荷载的传递的影响作用直接忽略。本文在对径向约束力条件加以考虑的同时,对其压力分散型锚索内力变化规律作了主要的研究分析。

一、接触面满足摩尔-库伦强度条件时弹性理论解分析

通过对注浆体锚固段的情况加以考虑,受力分析对象采取注浆体轴线的方向一微段dz,围岩对注浆体作用的正应力用σ表示,围岩对注浆体作用的剪应力用t表示,注浆体的轴向应力用σ2表示,并假设,注浆体和模拟岩土体主要为线弹性体,注浆体和模拟岩土体之间的界面和摩尔-库伦准则相符合,同时注浆体的横截面受到均布应力的作用。

注浆体微段的静力平衡方程如式(1)所示:

注浆体与模拟岩土体之间的界面上满足摩尔-库伦条件时,如式(2)所示:

其物理方程如式(3)、式(4)所示:

注浆体与模拟岩土之间的界面上其受内压σ作用之后,无穷弹性平面中圆孔的位移解如式(5)所示:

注浆体的弹性模量和泊松比用E、μ表示,模拟岩土体的弹性模量和泊松比用E1、μ1表示,注浆体的半径用a表示,模拟界面上的黏结力以及内摩擦角用c、?渍表示。将式(2)和式(5)联立,锚固段应变力和剪应力的理论解如式(6)、式(7)所示:

压力分散型锚索进行增序和分级循环加载,其第n单元的应变力以及剪应力依据于叠加原理,得到如(8)、(9)所示:

若模拟的黏结强度为20KPa时,=0.96时,μ=0.3。若模拟的黏结强度为60KPa时,=1.41时,μ=0.3。研究表明,随着分级循环加载的不断进行,各个单元的应变在某种程度上沿着杆长方向逐渐减少,其1级承载体加载为1KN时,进而引起了1~3个单元的应变有增长的趋势,同时各个单元的应变峰值在某种程度上出现在承载体的附近。当对2级承载体加载到600N时,2~3单元的应变增量有增大的趋势,并存在某些突变点。3级承载体加载到600N时,3单元的应变增量逐渐增大,同时也具有突变点。

二、径向约束力条件下的压力分散型锚索内力变化规律

式(6)主要是弹性状态下压力分散型的锚索锚固段剪应力的表达式,其特征有三方面的表现:

一方面压力型锚索锚固段受到的剪应力和锚固力、水泥浆和岩土体之间的黏结强度在某种程度上有着直接性的关系,同时随着加荷载的逐渐增大,其黏结强度相对较高,同时锚固段受到的剪应力也就越来越大。

一方面不同的地质条件,注浆体和岩土体将会有着不用的弹性模量,当其比值相对较大时,剪应力将会有着越均匀的分布,同时其分布曲线在锚索长度方向的衰减将会越慢,同时其弹性模量比值也就相对较小,最大剪应力也就相对较大,而其剪应力分布也就逐渐集中。

另一方面一旦压力分散型锚索存在1个承载体时,在600n荷载作用下,其剪应力的分布主要在锚索前端的1/3长度内集中,但是在粉土中的压力分散型锚索而言,其剪应力有着相对较均匀的分布。在其分级加载的过程中,已经加载的单元在某种程度上将会对后续加载单元的剪应力增量产生相对较小的影响,甚至将单元间相互的影响直接忽略掉。

总之,在其分级加载的过程中,单元加载之将会对后续加载单元的应变增量带来极大的影响,同时已加载单元将会对后续加载单元的额剪应力增量产生较大的影响,这就说明在某种程度上更应该对单元间的相互影响加以考虑。

三、结语

本文通过对对径向约束力条件下的压力分散型锚索内力变化规律进行研究时发现,接触面满足摩尔-库伦条件的弹性理论解在某种程度上对压力分散型锚索注浆体分级循环加载后的应变以及其剪应力分布规律有着相对较好的描述,岩土体地质条件相对显著时,其弹性模量相对较高,同时也就有着相对较快的各单元的应变和剪应力衰减速率。

【参考文献】

[1]刘鸿.考虑径向约束力条件下的压力分散型锚索设计方法[J].中国西部科技,2014,02:45-48

[2]刘鸿,周德培.压力分散型锚索内力变化规律试验研究[J].岩土力学,2012,04:1040-1044+1050

(作者单位:盐城市教师进修学校)

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