岩土工程自保护、自适应锚拉技术的单元结构体系设计方法研究

论文摘要

以锚杆的使用为主要特征的岩土锚固技术是岩土工程中应用得最广泛的技术之一。由于岩土工程中地质结构的不规则、地应力分布的不均匀、地质环境变化的不确定等原因,使岩土工程锚固支护结构的受力不均匀,这种状况常常引起支护结构的局部破坏,继而导致结构整体失效。本文在总结分析岩土锚固技术的基础上,介绍了针对岩土工程支护结构预应力锚拉构件的局部安全问题而提出的一种结构自保护装置——塑性变形发生器。这种结构自保护装置能保证预应力锚拉构件上的应力始终不超过设计应力,保护锚拉构件不因应力超载而破坏。这种自保护装置不限制相邻结构的变形,使其整个结构体系能通过变形进行内力重分布,达到结构内力自适应的目的,从而形成结构自保护的体系基础。本文对这种塑性变形发生器的初步试验研究进行了介绍与分析,定性证明了其结果的可行性。根据自保护装置的工作原理,本文提出了岩土锚固体系自保护单元结构设计的思路,并以边坡工程预应力桩锚结构为例建立了自保护计算模型,经分析发现,自保护单元结构体系有计算简单、安全可靠、经济适用等优点,自保护单元结构设计方法能解决很多传统“限制位移设计”方法不能解决的问题,应用前景良好。本文还针对一个工程实例应用有限元分析软件按照传统结构体系和本文提出的自保护单元结构体系分别进行了分析,并加以对比,验证了自保护单元结构设计方法的可行性及其优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锚杆支护技术的发展与现状
• 1.3 锚杆支护技术存在的问题
• 1.4 自保护技术的理论基础及其研究现状
• 1.5 本文研究的主要任务
• 2 岩土工程锚固技术
• 2.1 岩土锚固技术概述
• 2.1.1 岩土锚固的含义与特点
• 2.1.2 锚杆的定义及分类
• 2.1.3 锚杆的组成与构造
• 2.2 预应力锚固
• 2.2.1 概念
• 2.2.2 作用机理
• 2.2.3 影响锚固体系预应力变化的因素
• 2.2.4 应用情况
• 2.2.5 预应力锚固体系存在的问题
• 2.3 本章小结
• 3 岩土锚固自保护技术研究
• 3.1 结构的自保护、自适应
• 3.2 锚固体系自保护技术相关研究现状
• 3.3 本文依据的锚固体系自保护原理及装置
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 自保护装置设计思想
• 3.3.3 与类似方法的比较
• 3.4 本章小结
• 4 自保护装置的试验研究
• 4.1 剪切型自保护装置的试验研究
• 4.1.1 试验设计说明
• 4.1.2 试件设计
• 4.1.3 试验的设备和测试系统
• 4.1.4 试验现象及数据
• 4.1.5 试验成果分析
• 4.2 压缩型自保护装置的试验研究
• 4.2.1 试验及试件设计
• 4.2.2 试验过程及结果分析
• 4.3 两种装置的对比分析
• 4.4 本章小结
• 5 岩土锚固体系的自保护单元结构设计研究
• 5.1 引言
• 5.2 自保护单元结构设计的必要性
• 5.3 自保护单元结构设计初探
• 5.3.1 侧向岩土压力计算
• 5.3.2 桩锚支护结构的自保护单元结构设计
• 5.4 自保护单元结构设计应用分析
• 5.4.1 工程概况
• 5.4.2 常规设计计算
• 5.4.3 自保护单元结构设计分析
• 5.4.4 分析结论
• 5.5 本章小结
• 6 工程实例有限元分析
• 6.1 有限单元法
• 6.1.1 有限元法概述
• 6.1.2 塑性变形发生器的弹塑性计算模型
• 6.1.3 有限元分析软件ANSYS
• 6.2 实例分析
• 6.2.1 本分析过程的设计思路
• 6.2.2 有限元分析内容和分析原理
• 6.2.3 有限元分析建模
• 6.2.4 分析结果对比
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录