高陡边坡预应力锚索预应力损失机理及其试验研究

预应力锚索锚固技术是解决高陡边坡工程稳定性的关键技术，由于其预应力损失值和岩土体蠕变量定量计算不准确、测力传感器准确度低等原因，导致锚固失效的工程事故屡见不鲜，因此有必要研究高陡边坡预应力锚索预应力损失机理。采用理论分析、数值模拟相结合的综合研究手段，分析了边坡蠕变与预应力损失之间的耦合效应关系，建立了边坡岩土体与锚索预应力损失之间的耦合效应模型并进行模型试验，推导出其本构方程、松弛方程和蠕变方程。分析了室内、外试验结果，研究了预应力锚索施工工艺的全过程，揭示了各工艺阶段影响因子的影响机理及其锚固力损失的规律和特征，构建了施工阶段锚固力损失的定量计算和定性分析方法，建立了预应力损失的控制与补偿技术，实现了施工过程中实时掌握锚索受力状态解决信息化施工问题，解决了设计过程中及时检验支挡参数实现动态化设计问题，对锚索锚固工程的设计、施工和安全运行管理具有指导意义。通过锚口摩阻试验，揭示了锚口摩阻损失与预应力筋张拉值、锚口锥度、钢绞线直径、千斤顶限位板槽深等相互影响关系，总结了预应力筋在不同状态下的锚口摩阻损失规律与特征，建立了限位板、夹片、钢绞线三者之间最优组合关系。分析了预应力锚索受力状态监测数据，并对据进行了反分析，开发了系列多功能监测仪器及其锚索锚固力受力状态智能化实时监测系统，建立了振弦式传感器制造及量测技术，实现了锚索受力状态数据自动化采集和受力状态变化趋势智能化分析，解决了锚固工程运行管理过程中的安全监测和安全评价问题。

预应力锚索锚固技术是解决高陡边坡工程稳定性的关键技术，但是因预应力损失而导致锚固失效的工程事故屡见不鲜。运用理论分析、数值模拟、模型试验、工程现场试验相结合的综合研究手段，研究预应力锚索预应力损失机理。建立边坡岩土体与锚索预应力损失之间的耦合效应模型并进行模型试验，推导出其本构方程、松弛方程和蠕变方程，解决预应力变化与岩土体蠕变之间的计算关系；研究预应力锚索施工过程的成孔工艺、张拉工艺、锁定工艺、封孔灌浆工艺等每个工艺阶段，解决施工工艺阶段预应力损失的定性分析与定量计算问题；通过锚口摩阻室内试验和现场试验研究，推导出考虑孔道弯曲和孔道偏差影响的孔道摩阻理论计算公式，建立锚固力损失值与孔斜率及张拉荷载三者之间的计算公式，解决孔道摩阻计算问题和孔道成孔工艺与张拉力控制问题。研究成果可为高陡边坡预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及预应力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。

《博士后文库》序言

序

前言

第一篇预应力锚索锚固力损失机理

第二篇预应力锚索锚固力损失监测技术

第三篇预应力锚索锚固力监测工程应用研究 2100433B

本书共三篇，第一篇介绍了预应力锚索锚固力损失机理，全面系统研究了预应力锚索锚固力损失因子，总结了锚固力损失规律，给出了定性分析和定量计算方法。第二篇为预应力锚索锚固力损失监测技术，深入研究了振弦式传感技术和量测技术，研发了基于振弦传感技术的预应力锚索锚固力监测系统。第三篇为预应力锚索锚固力监测工程应用研究，通过室内检测试验、高边坡锚固工程和矿山采空区监测工程，分析了锚固力变化规律，验证了预应力锚索锚固力监测系统的先进性和可靠性。

张弦结构体系已广泛应用于体育场馆、会展设施、交通枢纽等重要工程，服役期内拉索松弛和锈蚀会导致明显的预应力损失，影响结构的承载特性和安全性。现有预应力损失的研究主要集中在施工阶段和温度效应上，对拉索松弛和锈蚀导致的预应力损失及其对结构影响的研究较为缺乏。本项目在分析服役期内拉索预应力损失诱致因素的基础上，探索拉索松弛和锈蚀机理，研究拉索绞捻特性对松弛模型的影响机制，建立考虑拉索松弛和锈蚀影响的拉索预应力时变模型；分析现有三点弯曲法等索力测试方法的适用范围以及存在问题，研制拉索弯曲性能试验装置并开展系列试验，建立拉索抗弯刚度计算公式，探索基于抗弯刚度修正的改进频率法；考虑服役期内拉索预应力损失的时变模型以及拉索内力实测结果，研究拉索预应力损失对在役张弦结构承载特性的影响，建立张弦结构索力检测体系判定、补张拉及换索机制。成果可为大跨结构建设和运营提供理论支撑，对张弦结构安全保障具有重要科学意义。