边坡加固的压力分散型锚索的锚固机理与设计方法

压力分散型预应力锚索相对于过去常用的拉力（分散）预应力锚索不仅受力合理，可以实现较大的承载力，而且经济合理使用范围更宽广。它于近年来广泛应用于水电、公路、铁路、矿山等边坡工程加固。但由于其受力机理的复杂性，目前其设计多采用工程类比法，缺乏完善可靠的设计计算方法。为此，本研究通过现场实测、模型试验、数值模拟与理论分析，系统研究压力分散型锚索锚固段的受力机理，分析与总结压力分散型锚索的破坏形式及预应力施加过程中锚固段受力变化规律，建立考虑不同地层与预应力情况下的锚固段受力与传力模式，给出锚固段长度设计计算方法、不同地层合理预应力值设计与预应力施加控制原则，完善边坡加固的压力分散型锚索的锚固机理与设计方法。研究成果对边坡（滑坡）工程灾害治理有重要理论意义与工程应用价值。 2100433B

针对新型拉压复合型锚杆，假定锚固体与岩土体之间的剪应力呈三角形分布，对其锚固机理进行了研究。推导得出了拉压复合型锚杆的抗拔承载力计算公式，及其与拉力型锚杆抗拔承载力之比N。对承载比N值的曲线分析结果表明：N随锚固段长度的增加而增加，当锚固段长度系数k1 =2.0时，N达到最大值2.0；N整体随承压锚固段长度系数k2呈碟碗形对称分布，且随k2的增加而先增加后减小，并在k2=0.5时最大；当k1≥2.0时，N的最大值不再随锚固段长度增加而继续增加，但是满足N达到最大值的k2取值区间变大。对比拉压复合型锚杆室内试验成果，本文推导的承载比计算值与试验值吻合较好。在相同锚固段长度下，拉压复合型锚杆抗拔承载力可达拉力型锚杆2.0倍，具有良好的工程应用前景。 通过对传统拉力型锚杆及拉压复合型锚杆开展静力加载试验，研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其特性。研究结果表明：拉压复合型锚杆的荷载位移曲线可分为加载上升段，峰后下降段及残余稳定段三个阶段；拉压复合型锚杆的极限抗拔承载力比拉力型锚杆有显著提高，最高达2.61倍，且当拉压长度比为1:2和2:1时，极限抗拔承载力提高十分显著；拉压复合型锚杆的残余抗拔承载力水平较高且稳定性较好。本文研究成果对拉压复合型锚杆的进一步研究及工程应用具有很好的参考价值。

锚杆作为锚固工程的核心组成部分，在国家基本建设中发挥着重要作用。针对荷载集中型锚杆岩土体与灌浆体界面的应力集中容易引起界面剪应力软化，导致渐进式破坏，以及荷载分散型锚杆结构复杂和施工繁琐的问题。提出了一种新型拉压复合锚杆，它具有界面剪应力分布均匀，承载力高，造价低，施工便捷等优点。为此，本项目拟通过数值模拟、模型试验、理论研究和工程应用相结合的研究方法，系统地研究拉压复合型锚杆的锚固机理及设计方法。主要研究内容包括不同参数对岩土体与锚固体界面力学性能的影响；建立界面剪应力-应变本构关系模型；基于承压锚固段与受拉锚固段的变形协调，建立拉压承载比的计算方法；研究不同参数对拉压复合锚杆破坏模式的影响，建立不同破坏模式的判别方法；结合对比试验及原位测试研究结果，提出一套完整的拉压复合锚杆设计计算方法。为拉压复合锚杆的推广和应用提供理论依据和技术指导。

锚固系统的性能影响许多重大工程的安全，围绕边坡工程锚固机理与地震动响应问题，对地震作用下边坡加固的压力型锚索动态响应、锚索（杆）锚固机理、预应力锚索加固边坡抗震稳定性及可靠度、应力波在边坡节理中的传播效应及振动损伤等开展了系统研究。主要研究内容及成果：1）基于数值模拟方法研究了地震作用下不同影响因素对边坡压力型锚索的动力影响，获得了边坡锚索锚固段界面剪应力和注浆体轴应力在地震作用下的动态响应规律；应用拟静力分析方法，基于Mindlin解推导出了地震作用下压力型锚索体系中注浆体的压应力表达式和注浆体与锚索孔壁之间的剪应力表达式；给出了地震作用下压力型锚索锚固段设计方法。2）通过4种不同形式锚固段锚索（杆）抗拔的室内透明土模型试验，获得了各锚索（杆）随锚固段上移对周围土体的扰动规律、锚索（杆）位移与锚固力变化曲线，推导出了连续球体形锚固段的抗拔荷载计算公式；开展室内模型试验，揭示了顺层岩质边坡因滑面力学性能劣化引起的不同边坡位置锚索的受力变化规律，并建立了锚索预应力增量关系式。3）基于理论分析，提出了考虑滑坡体变形能耗的边坡稳定性评价极向条分法、预应力锚索加固各向异性非均质边坡稳定性极限分析水平条分法、基于极限分析的边坡实时动态Newmark滑块位移法以及基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析方法。4）考虑节理岩体的蠕变和应力松弛特性，提出了黏弹性节理的等效标准线性固体模型，采用位移不连续理论，推导了应力波入射黏弹性节理的传播方程，获得了应力波入射黏弹性节理的传播规律；基于顺层边坡爆破开挖的声波测试结合坡面的振动速度监测，获取了坡体不同深度的声速变化及不同位置的振动速度，给出了不同药量下单次和多次爆破的坡体损伤范围以及振动速度的衰减规律。研究成果丰富与发展了边坡工程锚固机理与地震动响应理论，可为边坡工程加固设计及抗震稳定性分析提供参考。 2100433B