预应力锚固机理数值模拟及工程应用研究

论文摘要

预应力锚固技术因其工艺简便、用途广泛、造价经济等特点，得到各行各业的高度重视并得以迅速发展。然而迄今为止理论研究仍落后于实际工程应用，存在着诸如预应力锚固效应尚不明确，长期锚固作用下锚索预应力的损失规律，预应力大小对加固效果的影响等等问题，所以对锚固理论的深入探讨和研究，对推动岩土工程领域的发展有着极其重要的意义。本文利用有限元软件ADINA对预应力锚索进行锚固效应的数值模拟，模拟随着荷载的增加，锚固体沿锚索的应力分布规律，以及在不同锚固长度、不同岩土体材料等条件下锚固体应力分布情况；通过数值计算，得出了预应力锚索轴力、剪应力沿内锚固段长度的分布规律，为合理设计锚固段长度提供一定的理论依据。结合工程实例，对边坡开挖卸载、预应力锚固建立仿真计算模型，制定相应计算程序。改变锚索长度、倾角、位置等条件编制有限元计算程序，对边坡预应力锚固进行优化设计。通过宜兴抽水蓄能电站下水库进出水口边坡锚固优化实例分析，论证了方法的实用性和可靠性。结果表明：长度、位置直接影响边坡开挖的水平最大位移，倾角存在一个最佳范围，为今后的边坡加锚设计施工提供了一些具有参考价值的数据。最后，对今后需进一步研究的问题提出了建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锚固工程的应用现状与发展
• 1.1.1 锚固工程应用
• 1.1.2 锚固工程发展
• 1.2 锚固作用基本机理
• 1.2.1 悬吊理论
• 1.2.2 组合梁作用机理
• 1.2.3 挤压加固理论
• 1.3 岩土工程中预应力锚索理论研究现状与问题
• 1.3.1 预应力锚索内锚固段锚体与岩体粘结强度问题
• 1.3.2 锚固段破裂面问题
• 1.3.3 预应力锚索加固效应问题
• 1.3.4 预应力锚索的预应力损失问题
• 1.3.5 预应力锚索群锚效应问题
• 1.3.6 预应力锚固参数的优化设计问题
• 1.3.7 预应力锚固数值模拟的研究进展
• 1.4 本文的研究意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 锚固效应及锚固体计算模型
• 2.1 锚索锚固的物理效应
• 2.1.1 岩体抗剪强度参数 C、φ的提高
• 2.1.2 锚索压密效应及岩体弹性模量的增效效应
• 2.1.3 锚索加固的整体效应
• 2.1.4 坡体渗透系数的降低效应
• 2.2 岩土材料本构模型
• 2.3 岩土材料的屈服准则
• 2.3.1 Mohr-Columb屈服准则
• 2.3.2 Drucker-Prager屈服准则
• 2.4 锚固单元模型
• 2.4.1 内锚固段单元
• 2.4.2 内锚固段单元的应力～应变分析
• 2.4.3 接触面单元模型
• 第三章 预应力锚索锚固效应的数值模拟
• 3.1 有限元基本方程及求解步骤
• 3.2 有限元 ADINA软件简介
• 3.3 数值计算
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 均质岩体计算结果分析
• 3.3.3 层状岩体锚索加固的数值模拟
• 3.4 小结
• 第四章 宜兴抽水蓄能电站下水库进出水口边坡开挖及锚固有限元分析
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 地质概况
• 4.1.2 边坡工程地质条件
• 4.1.3 锚索参数、岩体力学参数
• 4.2 边坡开挖卸载及锚固模拟
• 4.2.1 开挖过程的荷载模拟
• 4.2.2 开挖过程的有限元实现
• 4.2.3 锚固效应的模拟
• 4.3 模型建立
• 4.4 数值模拟
• 4.4.1 锚索作用边坡的应力状态影响
• 4.4.2 锚索作用边坡的位移的影响
• 4.5 锚索支护的优化设计
• 4.5.1 锚索倾角的优化
• 4.5.2 锚索长度的优化
• 4.5.3 锚索间距的优化
• 4.6 数值模拟结果与工程实测值比较
• 4.7 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 有待深入研究的课题
• 参考文献
• 致谢