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预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

岩土力学 2020年第2期41卷 707-713页

作者：李剑陈善雄余飞姜领发戴张俊中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并... 详细信息

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论:(1)边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;(2)对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;(3)预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。

关键词：高陡边坡预应力锚索加固机制强度折减法

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预应力锚索锚固效应动态模型试验

中国公路学报 2018年第10期31卷 350-358页

作者：贾晓云朱永全贾超西南交通大学土木工程学院四川成都610031 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

为了解既有列车振动荷载对锚索预应力损失、地表沉降及桩体水平位移的影响,以京石高铁石家庄六线隧道明挖深大基坑桩、锚围护结构为工程背景,根据相似关系,试验确定了土体-桩锚系统模型试验材料;针对列车振动荷载特点,开展了基坑开挖完... 详细信息

为了解既有列车振动荷载对锚索预应力损失、地表沉降及桩体水平位移的影响,以京石高铁石家庄六线隧道明挖深大基坑桩、锚围护结构为工程背景,根据相似关系,试验确定了土体-桩锚系统模型试验材料;针对列车振动荷载特点,开展了基坑开挖完成后连续振动162 d(相似关系)的模型试验,分析了振动频率分别为8.282,13.801,20.704 Hz时锚索预应力的损失规律、地表沉降、桩体水平位移以及锚索预应力随锚固深度变化的特点。试验结果表明:随着振动频率(列车行车速度)的增加,锚索预应力损失率、最终地表沉降值和桩体水平位移均大幅增加; 8.282 Hz频率(行车速度120 km·h^(-1))下振动28 d,锚索预应力平均损失率为2%;13.801 Hz频率(行车速度200 km·h^(-1))下振动53 d,锚索预应力平均损失率为8%;20.704 Hz频率(行车速度300 km·h^(-1))下振动53 d,锚索预应力平均损失率高达23%;锚固段锚索应力沿锚索锚固深度呈喇叭状开口递减趋势,接近锚固段底部时,其应力几乎为0。通过动态模型试验,掌握了列车振动荷载作用下锚索预应力随时间的损失规律,对临近铁路深大基坑锚索设计与施工具有理论指导意义。

关键词：隧道工程预应力锚索模型试验锚固效应列车振动

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预应力锚索受力特性与初始张拉吨位优化分析

岩土力学 2016年第8期37卷 2359-2365页

作者：邓建肖明谢冰冰武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

基于预应力锚索作用和锚固界面力学传递机制,建立了锚固界面应力计算模型,并提出了一种可以考虑锚固界面剪切滑移的锚索应力计算方法;基于锚索预应力损失机制,对造成预应力损失的各种因素进行了分析,并给出了各种因素影响下的预应力损... 详细信息

基于预应力锚索作用和锚固界面力学传递机制,建立了锚固界面应力计算模型,并提出了一种可以考虑锚固界面剪切滑移的锚索应力计算方法;基于锚索预应力损失机制,对造成预应力损失的各种因素进行了分析,并给出了各种因素影响下的预应力损失计算方法;基于锚索应力求解的基本理论,同时考虑整个施工过程中的预应力损失量,将洞室群开挖过程中锚索应力的变化量作为锚索初始张拉的安全余量,提出了一种预应力锚索初始张拉吨位计算方法。并据此编制有限元计算程序,以某水电站地下厂房洞室群为工程实例,验证了该方法的合理性。

关键词：地下洞室群预应力锚索受力特性锚固机制预应力损失初始张拉吨位

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预应力锚索锚固段荷载传递解析算法

岩土力学 2015年第6期36卷 1667-1675页

作者：张雄陈胜宏水电水利规划设计总院北京100120 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

锚固是岩体工程增稳的主要措施,对充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩体自身强度和自稳能力有着十分重要的作用。由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固机制、设计理论以及计算方法都不够完善。现有的锚固段荷载传递解析解... 详细信息

锚固是岩体工程增稳的主要措施,对充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩体自身强度和自稳能力有着十分重要的作用。由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固机制、设计理论以及计算方法都不够完善。现有的锚固段荷载传递解析解存在两大难题,一是没有反映锚固段应力变化过程,随着荷载不断加大,接触面是逐渐被破坏,剪应力的峰值将由端口逐渐向内转移;二是在端口处是一个应力奇异点,难以很好地解决。通过对当前多种锚固段荷载传递解析解的适用性及局限性进行分析归纳,指出应将锚固段应力分布划分为弹性、塑性和破坏3个阶段,在不同的阶段应力分布形式不一样,不能一概而论。在此基础上,基于传递系数,针对沿锚固段剪应力呈非均匀性分布形式,提出了一种能反映这3个阶段变化规律的荷载传递解析公式,获得了锚固段剪应力和轴力的分布规律和影响因素。对各解析解方法求出的临界锚固长度进行了算例对比,证实所提算法是合理和有效的。该算法适用于预应力锚索锚固段工程设计。

关键词：预应力锚索荷载传递机制解析解

预应力锚索支护技术在高地应力大跨径隧道挑顶施工中的应用——以渭武高速公路木寨岭隧道为例

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隧道建设（中英文） 2021年第8期41卷 1392-1398页

作者：于家武龙文华郭新新郭振枝中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

为解决高地应力软岩环境下斜井进正洞交叉口挑顶施工难题,以渭武高速公路木寨岭隧道2^(#)斜井进正洞为工程背景,对原挑顶设计方案进行优化,基于高强预应力支护理论,提出以小孔径预应力锚索支护技术为核心的挑顶方案,取消原设计方案中的... 详细信息

为解决高地应力软岩环境下斜井进正洞交叉口挑顶施工难题,以渭武高速公路木寨岭隧道2^(#)斜井进正洞为工程背景,对原挑顶设计方案进行优化,基于高强预应力支护理论,提出以小孔径预应力锚索支护技术为核心的挑顶方案,取消原设计方案中的托梁和支撑梁,实现“以索代撑”。对小孔径预应力锚索支护结构和施工工艺、挑顶支护设计和实施方案进行研究,并采用该方案对木寨岭隧道2#斜井进行挑顶施工,围岩变形监测结果表明该方案安全有效。

关键词：高地应力软岩隧道挑顶施工大跨径预应力锚索以索代撑支护结构

列车动载作用下隧道底部隆起预应力锚索整治失效机制分析

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振动与冲击 2023年第15期42卷 190-198页

作者：相懋龙阳军生李林毅傅金阳王立川李雨哲中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室长沙410075 中铁十八局集团有限公司天津300222

以我国西南某铁路YD隧道典型底部隆起案例为依托,通过分析长达8年的现场监测数据,明确了预应力锚索处置后仍存在的隧底围岩变形难以约束、底部隆起病害持续发展的工程问题,进一步结合数值模拟手段,探究了列车振动荷载作用下缓倾层状岩... 详细信息

以我国西南某铁路YD隧道典型底部隆起案例为依托,通过分析长达8年的现场监测数据,明确了预应力锚索处置后仍存在的隧底围岩变形难以约束、底部隆起病害持续发展的工程问题,进一步结合数值模拟手段,探究了列车振动荷载作用下缓倾层状岩体运营铁路隧道底部隆起预应力锚索整治的失效机制。研究结果表明:列车动载作用是导致YD隧道底部预应力锚索整治失效的关键因素;在列车动载作用下,预应力锚索出现了整体滑移现象,导致较大程度的预应力损失,难以有效约束隧底隆起发展,最终使锚索整治失效,可见在该病害整治中不宜采用预应力锚索进行加固;同时随列车速度增加,会进一步加剧预应力锚索整治失效现象,在同类病害整治后的逐级提速过程中应引起高度重视,铁路隧道底部隆起病害不宜采用预应力锚索整治方案。

关键词：铁路隧道缓倾层状岩体底部隆起列车动载预应力锚索失效机制

预应力锚索h型抗滑桩改进设计方法与工程应用研究

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预应力锚索h型抗滑桩改进设计方法与工程应用研究

作者：曾大艇中南大学

学位级别：硕士

抗滑桩是防治滑坡最常用、最有效的措施。针对大型滑坡,普通单排抗滑桩需通过加大截面面积、设置多排抗滑桩等来满足变形、稳定性等要求。新型h型抗滑桩是一种有效的大型滑坡支护形式。但现有h型抗滑桩和桩锚体系设计计算方法包含大量... 详细信息

抗滑桩是防治滑坡最常用、最有效的措施。针对大型滑坡,普通单排抗滑桩需通过加大截面面积、设置多排抗滑桩等来满足变形、稳定性等要求。新型h型抗滑桩是一种有效的大型滑坡支护形式。但现有h型抗滑桩和桩锚体系设计计算方法包含大量微积分和图乘运算,给计算程序的开发带来一定的困难,易限制h型抗滑桩在实际工程中的应用。因此,提出h型抗滑桩及其预应力锚桩体系的改进设计计算方法具有良好的理论与工程实用价值。本文主要研究内容和成果如下:(1)将h型抗滑桩简化为平面刚架计算模型,以h型抗滑桩滑动面为界分为上、下两部分(受荷段和锚固段)分别计算内力,提出一种运用杆端弯矩平衡来计算受荷段内力以及运用K法方程计算锚固段内力的改进计算方法,推导出能够进行程序编写的h型抗滑桩内力计算式。结合工程实例,通过与数值模拟分析结果进行对比,验证了该方法的有效性和正确性。案例分析表明:对比传统单桩、双桩支护效果,h型抗滑桩可以有效提高边坡安全系数,在保证防护效果的同时,更有利于工程优化设计并降低工程成本。(2)基于h型抗滑桩改进算法,将预应力锚索支护以拉力形式作用于桩锚体系结构中,提出了预应力锚索h型抗滑桩结构内力位移改进设计计算方法,并据此自主开发了h型抗滑桩内力设计计算软件。结合工程实例,通过与数值模拟分析结果进行对比,验证了该方法的有效性和正确性。案例分析表明:增设锚索能改善桩体内力、降低桩体位移变形,减弱滑坡推力不利影响,保证抗滑桩长期安全使用。(3)根据预应力锚索h型抗滑桩改进设计计算方法,采用计算机编写程序,输入h型抗滑桩的材料、尺寸参数及作用在关键节点上的滑坡推力、桩间土抗力,实现了简便、高效的设计计算和参数优化设计。结合单参数和多参数正交分析结果,给出了预应力锚索h型抗滑桩参数优化设计方案。结果表明:锚索预应力值的影响程度要比桩身截面尺寸的影响更为明显,可为类似工程设计提供指导并降低工程造价。图45幅,表7个,参考文献72篇。

关键词： h型抗滑桩预应力锚索设计计算方法优化设计程序编写

预应力锚索在高地应力软岩大变形隧道中的应用与优化研究

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预应力锚索在高地应力软岩大变形隧道中的应用与优化研究

作者：李克勤西南交通大学

学位级别：硕士

软岩在高地应力下发生的挤压大变形是隧道工程面临的最严峻的问题之一,尤其当围岩以板岩、千枚岩等为主时,其产状以及层面强度会进一步影响硐室变形,以喷锚支护为代表的传统支护方式由于被动支护、支护范围较小等缺点,支护后发生衬砌开... 详细信息

软岩在高地应力下发生的挤压大变形是隧道工程面临的最严峻的问题之一,尤其当围岩以板岩、千枚岩等为主时,其产状以及层面强度会进一步影响硐室变形,以喷锚支护为代表的传统支护方式由于被动支护、支护范围较小等缺点,支护后发生衬砌开裂、崩塌,锚杆扭曲、拉断等破坏,因此不适用于大变形隧道工程,如何对隧道大变形进行有效控制是目前国内外交通、岩土领域亟待解决的难题。预应力锚索作为加固边坡、基坑的支护措施,具有支护范围大、主动支护的优势,将预应力锚索应用于地下工程作为相关领域的研究热点,已在矿用巷道中成功应用并取得一定成效,但其应用于大变形隧道工程的支护效果还有待研究。为研究炭质板岩隧道在高地应力下的变形特征以及预应力锚索的支护效果,主要开展了以下工作:通过三维建模软件Rhino与有限差分法计算程序FLAC3D实现了包含地质构造的隧道区域三维建模及模型转接,根据实测地应力情况,进行隧道区域地应力反演,得到了隧道区域所处的地应力状态。结果表明:隧道绝大部分里程处于高、极高地应力下,若支护措施不合理,极有可能发生大变形。利用FLAC3D中的节理塑性本构模型(ubiquitous-joint model)、桩结构单元(pile)、锚索结构单元(cable)进行炭质板岩隧道的断面变形模拟,分析变形与炭质板岩岩层的关系以及传统锚杆、预应力锚索的支护效果。结果表明:岩层倾向、倾角会对隧道最大变形量及其发生的位置产生影响,倾角较小、倾向与隧道轴线一致有利于隧道稳定,岩层强度参数会对隧道最大变形量产生影响,其中以岩层内摩擦角的影响最为显著;对比锚杆支护,采用预应力锚索支护可以减小围岩塑性区范围以及改善围岩内部应力状态,从而使大变形得以控制,且锚索能够更好地适应围岩变形,不易发生破坏。通过现场反拉法试验的方式对锚下预应力进行检测,得到工程中的实际锚下预应力,结合FLAC3D对实际支护效果进行评估并对原设计作出优化。结果表明:锚索预应力具有不可忽略且无法避免的损失,造成衬砌内力与变形量增加,不利于隧道稳定;在锚索初始预应力一定的情况下,锚索最终力值与衬砌内力、变形量均随锚索间距减小而减小,说明在目前围岩条件及施工技术情况下,可通过适当加密锚索布设以保证其发挥主动支护的优势。从数值模拟和现场试验两个方面入手,研究了高地应力挤压条件下,炭质板岩岩层产状、强度对隧道变形模式、变形量的影响,分析了预应力锚索的支护原理以及对理论、实际状态下的支护效果进行对比评估,并针对预应力损失提出了锚索布设的优化方案,为预应力锚索在高地应力隧道中的应用提供了有益参考。

关键词：高地应力层状围岩隧道大变形预应力锚索数值分析

丰满老坝加固预应力锚索服役近30年后性能评价研究

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岩石力学与工程学报 2022年第1期41卷 62-69页

作者：王玉杰尹韬孙兴松赵宇飞中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 河海大学土木与交通学院江苏南京210000

预应力锚索被广泛用于混凝土坝的加固,其长期耐久性受到广泛关注。为探讨预应力锚索的耐久性在坝体高碱性环境中能否得到保障,依托丰满老坝拆除工程,对坝体中服役近30 a的有黏结和无黏结2种预应力锚索进行现场开挖,并结合室内检测手段,... 详细信息

预应力锚索被广泛用于混凝土坝的加固,其长期耐久性受到广泛关注。为探讨预应力锚索的耐久性在坝体高碱性环境中能否得到保障,依托丰满老坝拆除工程,对坝体中服役近30 a的有黏结和无黏结2种预应力锚索进行现场开挖,并结合室内检测手段,从锚头及索体锈蚀外貌、锈蚀程度、化学性质以及力学性能对丰满老坝预应力锚索服役性能进行了研究。同时应用电化学测试技术评价了索体材料的耐蚀性,对坝体内部预应力锚索锈蚀的成因进行了分析。主要结论如下:(1)服役近30 a的有黏结预应力锚索索体的平均腐蚀率超过了2%,表明混凝土坝体碱性环境并不能有效抑制预应力锚索发生腐蚀;(2)在防腐效果上,坝体中的无黏结预应力锚索优于有黏结预应力锚索;(3)服役近30 a的有黏结和无黏结预应力锚索试样中,有51.3%的弹性模量低于规范《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T 5224—2014)的要求。

关键词：水利工程预应力锚索服役性能锚索锈蚀现场开挖