拉力集中全长黏结型锚索长期耐久性研究

拉力集中全长黏结型锚索曾在我国重大水电工程中得到广泛应用,针对这些用作永久支护的锚索工程使用寿命以及是否会有一天成为工程的"定时炸弹"的问题,通过现场开挖一根在漫湾水电站左岸边坡服役20 a的锚索,对这一问题进行初步讨论。结合开挖试验成果,从锚头锈蚀特征、钢绞线缩进量、水泥砂浆防锈效果、内锚固段特征以及钢绞线化学和力学性质变化等方面,对拉力集中全长黏结型锚索的长期运行效果进行综合评价。得到如下结论:(1)全长黏结型锚索对于锚头锚具的要求较低,该工艺锚索在任何一个位置发生损坏断裂后,都将不至于由于一处的损坏而导致锚固工程整体的破坏;全长黏结可以有效地阻止锚索失效链条的进一步发展;(2)水泥砂浆可以起到很好的防锈效果,但对于锚头位置仅采用混凝土浇筑的防锈工艺并不能达到理想的效果;(3)开挖锚索内锚固段未发现任何横向裂纹,证明在适当的预应力范围内水泥砂浆可以达到较好的锚固效果;(4)开挖锚索服役20 a后,钢绞线的化学成分和力学性质均未发生明显变化。

全长黏结式锚索对软岩洞室的加固效应研究

采用为研究软岩洞室中自由式预应力锚索加固效应而进行的物理模型试验中的相关参数,在假设注浆体与岩石孔壁之间的摩阻力与其之间的相对位移存在比例关系,以及该摩阻力最大值与岩体力学性质,运用岩体与锚索单元网格自由剖分的方法,通过数值计算,对全长黏结式锚索在软岩洞室中的加固效应进行了研究,得到了洞壁开挖位移曲线以及锚柱表面摩阻力、锚柱轴力的分布曲线。研究结果表明,锚固洞室开挖位移大大减少;位于岩体活动区及稳定区的锚柱体上的摩阻力变化幅度不同;锚柱最大轴力点的位置是变化的等结论。

基于双面双参数理论的全长黏结性锚索内力分析

基于岩质边坡全长黏结性锚索的受力特性,采用双参数地基梁模型建立了锚索受力方程,推导得到了考虑轴向应变和地基切向抗力作用的岩质边坡全长黏结性锚索的径向位移和内力、挠度公式,进一步运用推导的公式对实际工程中的全长黏结性锚索结构内力进行了计算。结果表明:①全长黏结性锚索的剪力和弯矩均出现两段式的变化,均呈现先增后减的趋势,但弯矩值很小,可忽略不计,其轴力曲线整体呈现抛物线式减小,且最大轴力出现在全长黏结性锚索的锚头位置;②运用双参数地基梁模型对全长黏结性锚索进行计算时,仅需确定地基基床系数等参数即可,这为缺少黏聚力和内摩擦角时计算全长黏结性锚索内力提供了一种新方法。

中外锚索防腐理念及结构设计对比

预应力锚索防腐经历了从单一水泥浆防腐、加单层、双层波纹套管防腐等发展历程。欧美的永久锚索大都要求采用双层防腐的无黏结结构,且已倾向不再将水泥浆体作为防腐层。我国与欧美发达国家对锚索结构的认识有较大差别,早期绝大多数锚索均采用全长黏结结构,防腐结构从单一的水泥结石防护,逐渐向波纹管防护转变,但仍把水泥浆体作为防腐层,目前我国水电工程中的锚索大都是全长波纹管或内锚头段波纹管防护的无黏结锚索。锚索防腐要求欧洲标准较为严格、美国标准次之,我国标准更接近美国标准。对比二滩水电站国外公司和国内公司施工的锚索可知,国外公司施工的锚索,工艺比较完备,施工质量较好。总的说来,我国岩土锚固技术的应用与发达国家比较,施工工艺和防腐要求均还存在一定差距。

在开挖与超载过程中锚固洞室锚索预应力变化特征

通过地质力学模型试验方法,研究洞室在开挖与超载过程中自由式锚索和全长黏结式锚索的预应力变化特征。给出锚固洞室在开挖与超载过程中锚索预应力变化的展开图,并给出锚固洞室中锚索预应力的变化特征:在洞室开挖过程中,两种锚索的预应力都普遍减小,但自由式锚索减小的较少(15%左右),全长黏结式锚索减小的较大(20%左右),减小的幅度平均为15%～22%。不同部位的单根锚索,其预应力减小的数值大小及所对应的部位都具有很强的随机性。在洞室超载过程中,锚索预应力普遍增加,增加较大的部位与侧压系数N有关,在N<1时主要是洞室两侧拱脚部位增加较大,拱顶和地板部位增加较小。无论是开挖过程中锚索预应力的减小,还是超载过程中锚索预应力的增加,都是锚索初始预应力较小的,锚索预应力相对改变量较大;否则则较小。因此,在确定锚索超张拉比值时,对不同吨位的锚索应取不同的比值。对吨位较大的应取较小值,对吨位较小的应取较大值。对锚固工程设计和现场施工具有重要参考价值。

顶爆条件下全长黏结式锚索的受力研究

采用数值计算的方法,对在洞室拱顶上方爆炸荷载作用下的全长黏结式锚索的受力变化进行了研究。结果表明,顶爆条件下围岩变形的复杂性使得锚索受力变化也极为复杂。在爆炸波传播的前期,锚索受力变化最为剧烈,由整根锚索轴力受拉转变为整根受压,最大压轴力在锚索根部;锚索剪力由在锚索根部附近有负剪力和在锚索头部有正剪力转变为整根锚索均受负剪力,最大剪力峰值产生在锚索根部附近。在爆炸波传播后期,锚索头部附近拉轴力值和范围快速增大,锚索根部附近最大压轴力值和范围快速减小;锚索根部负剪力峰值不断减小,锚索头部临近洞壁岩体内锚索正剪力值和范围不断增大。在顶爆条件下,注浆体与孔壁间的剪力和锚索轴力均较大,为避免锚索轴力过大,以及注浆体与孔壁间抗剪力不足而发生锚索从孔内产生向洞内的移动,甚至被射出,失去加固围岩的能力,需施加小的预应力值和采取措施来增大锚索孔孔壁与注浆体之间的摩阻力。