壓力分散型錨索錨固機理研究分析

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、國內外研究現(xiàn)狀

自上世紀年代中期成功研究出壓力分散型鋪桿后，國內外對壓力分散型錨索錯固段的軸力、剪應力分布形態(tài)進行了實測和理論研究，并對壓力分散型錨索的結構型式、不同土層中錨索的注菜體與巖土體間的粘結強度、設計方法等進行了相關理論研究。

(一)錨固機理試驗研究現(xiàn)狀

Barley,A.D于1988年對相同地層和施工條件下的普通錯索和壓力分散型錨索進行了對比試驗研究，并得到了如圖所示的粘結應力分布特征。傳統(tǒng)拉力集中型錨索受到張拉荷載作用后，未能將張拉荷載均勻地分布在整個描固段上，出現(xiàn)了嚴重的應力集中現(xiàn)象；壓力分散型描索在進行先補償后整體張拉后，使得粘結應力峰值大為降低，并均勻地分布在整個錯固段上，極大的提高了承載能力。

程良奎等對壓應力分散型鋪索進行了現(xiàn)場試驗研究，得到了錯索軸力及粘結應力分布的分布規(guī)律對揭示壓力分散型錨索的工作特點和粘結應力分布規(guī)律的研究起到了有力的推動作用。

曹興松，周德培對國道318線二郎山至康定公路高邊坡的壓力分散型錯索加固項目進行了現(xiàn)場試驗研究，試驗結果表明，在分級循環(huán)張拉后，破碎巖體中的錨索單元的注架體的應變、軸力和粘結應力沿注裝體長度方向按指數(shù)規(guī)律衰減變化，試驗荷載主要集中在距離各級承載體4m的范圍內。

許有飛基于數(shù)值分析方法對壓力(分散)型錨索的有效錯固段長度、單根描索作用影響范圍進行了研究，從而為錨索錨固段和群錯錯索間距的確定提供了依據(jù)。

夏元友等對巖體中的壓力分散型描索加固效應進行了足尺模型試驗研究，在整體張拉條件下，注漿體軸向應變及黏結應力隨長度呈現(xiàn)衰減變化分布，錨索的有效長度隨著張拉荷載的增加而向外延伸。

(二)錨固機理的理論研究現(xiàn)狀

邵江根據(jù)壓力分散型錯索的軸向應變的衰減特點，利用彈塑性理論對壓力分散型鋪索的錯固段長度進行了理論分析。

張永興、盧黎借用無限體內彈性理論的位移解，結合微段靜力平衡條件，得到錯固段的應力方程。

尤春安根據(jù)壓力型錯索鋪固段的受力狀態(tài)，導出了基于庫企準則的錯固段剪應力和軸力分布的彈性理論解，鋪索錯固段所受到的剪應力與張拉荷載成正比，即張拉荷載越大，錨固段所受的剪應力就越大，但剪應力的分布形式不變。

賈金青在尤春安研究的基礎上，并假定裝體與巖土體間的接觸面滿足摩爾一庫企定律，推導出了壓力分散型預應力錨桿的受力傳遞公式解析解。

程良奎初步建立了巖土錨固工程安全評價模式，還論述了錯固工程危險源的辨認方法，錨奸長期性能的監(jiān)測與檢測，巖土錨固安全工作臨界指標以及巖土錯固病害的處治方法。

二、錨固機理

(一)軸向應力和剪應力分布規(guī)律

注漿體軸應力由錨索的拉力變?yōu)閴毫Γ以诔休d板處產生高度的應力集中。軸向應力最大值發(fā)生在承載板處，隨著與承壓板距離的增加，受壓端注漿體的壓應力呈負指數(shù)衰減直至為零。在同一設計荷載條件下，注漿體軸應力隨著圍巖體強度的增加而減小，且注漿體軸力有效長度也隨之減小。其原因為在錨索張拉過程中圍巖對注漿體的徑向變形有約束力作用，圍巖強度越高，對注漿體的徑向約束作用越強，注漿體與圍巖體孔壁間的剪應力越大，從而限制注漿體軸向變形，因此在同一張拉荷載條件下，注漿體軸應力隨著圍巖強度的增加而減小。

剪應力在承載板處取得最大值，隨著距承載板的距離增大而減小，剪應力的衰減快慢程度與巖土體的彈性模量有關，彈性模量越大衰減越快，反之越慢。剪應力分布曲線沿注漿體長度方向大約按負指數(shù)規(guī)律衰減變化。

(二)錨索單元間的應力影響

壓力分散型錨索將整個錨固力以壓力的形式分散作用于各個單元錨體上后，各錨索單元間的應力會發(fā)生相互影響，表現(xiàn)之一就是應力疊加現(xiàn)象。這種應力疊加現(xiàn)象因注漿體與巖體界面的摩阻力、單元錨體長度等條件的不同而表現(xiàn)程度相差很大。

在堅硬巖體中，孔壁附近巖體對注漿體的徑向約束很強，軸向應力很大，因此摩阻力也很大，此時軸向應力在注漿體上傳遞時衰減很快，錨索單元只要有一定的長度就會傳遞到下一單元，因此不會發(fā)生應力疊加現(xiàn)象。

在軟弱巖體和土體中，孔壁巖土體對注漿體的徑向變形約束很弱，軸向應力較小摩阻力也相應較小，此時軸向應力在注漿體上傳遞時衰減較慢，如果錨索單元長度較短，就會傳遞到下一錨索單元，因此通常都會發(fā)生應力疊加現(xiàn)象。

發(fā)生應力疊加現(xiàn)象時，作用于各錨索單元上的壓力將向壓力作用方向即空口方向傳遞，孔口單元的壓應力和剪應力將有所增加，可能造成注漿體破壞或錨索單元失穩(wěn)。應力疊加現(xiàn)象發(fā)生的條件是注漿體與巖體界面的抗剪強度不足以消除注漿體上的軸向應力傳遞，因此提高注漿體與巖體界面的抗剪強度或增加錨索單元的錨固段長度可消除應力疊加現(xiàn)象。

(三)承載體處的拉應力影響

各錨索單元的承載體連接了前后兩個錨索單元，張拉荷載通過承載體給本級錨索單元承載體施加壓力的同時，也給孔底或中間錨索單元與本級承載體相連的注裝體施加了拉力，當該處注漿體變形不協(xié)調時會造成與本級承載體接觸的注漿體受到拉應力作用。因此承載體處注衆(zhòng)體的受力條件復雜，拉壓應力共存。

三、當前存在的問題及展望當前

1.現(xiàn)階段的研究一般都是基于均質巖體的分析而得出的，而實際工程中地層性質往往是很復雜，巖體的參數(shù)千差萬別，而這些因素同樣會對結果分析產生影響。

2.目前對壓力分散型錨索的研究主要在理論分析和數(shù)值模擬層面上進行的，現(xiàn)場試驗及物理模擬試驗較少，因此往往得出的結論在實際應用中存在一些偏差。