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原文传递根键式锚索加固岩体的拉拔特性与锚固机理研究

论文题名：	根键式锚索加固岩体的拉拔特性与锚固机理研究
关键词：	高速公路;边坡岩体;预应力锚索;拉拔特性;锚固机理
摘要：	随着国家“一带一路”和《国家高速公路网规划》等国家战略的实施，高速公路建设正以前所未有的速度推进。目前，我国经济正在高速发展，但在公路快速发展的过程中，大量的裸露边坡不治理或者不合理的治理造成边坡失稳，给交通运输带来极大的危害，也破坏了生态系统。工程中用预应力锚索技术对边坡岩体进行加固，对于锚固力需求较小时常用拉力型锚索，锚固力需求较大时常用压力型锚索，但压力型锚索需要消耗较多的混凝土，建造难度较大，不够经济。　　本文对中国科学院武汉岩土力学研究所研发的《锚孔内根键式承压机构和组装方法、根键式锚索、向锚孔注浆的方法》[72]发明专利项目进行进一步研究，首先对根键式承载机构进行尺寸设计，其次设计根键式承载机构的组装方法等。最后通过建立拉力型、压力型及根键式锚索数值模型，对锚索锚头处、锚索及锚固段注浆体应力分布状态及位移分布状态进行数值模拟分析。在承受相同预应力荷载作用下，分析拉力型、压力型及根键式锚索锚头处应力分布状态及位移分布状态；锚索自由段及锚固段的应力分布状态及位移分布状态；锚索锚固体应力分布状态及位移分布状态；分析压力型承载体及根键式承载体的应力分布状态及位移分布状态。主要结论如下：　　（1）根键式锚索在锚头处岩体表面形成锥形应力变化集中区，法向应力最大值位于锚索中心处。在锚头处岩体表面形成锥形位移变化集中区，法向位移最大值位于锚索中心处。应力值及位移值变化曲线沿锚索中心左右对称，应力值及位移值沿锚索径向呈指数形式衰减。锚头处岩体沿锚索轴向应力及轴向位移集中分布于沿锚索轴向10m范围内，在0-50m范围内应力值及位移值沿锚索轴向整体呈衰减趋势。　　（2）根键式锚索轴向应力在自由段及锚固段范围内整体无变化。根键式锚索轴向位移整体呈增大趋势。在自由段范围内轴向位移增长平缓，轴向位移最小值位于锚索锚头处。在锚固段范围内锚索轴向位移增大平缓，轴向位移最大值位于锚固段末端处。　　（3）根键式锚索锚固段注浆体轴向应力整体呈先增长后减小趋势，最小值位于35m处（锚固体末端处），锚固段注浆体沿锚索轴向应力集中分布在30.25m至33.23m范围内，最大值位于33.23m处。在29m-33.23m范围内，锚固段注浆体轴向位移缓慢增长，位移集中分布在29m-33.23m范围内，最大值位于33.23m处。在33.23m-35m范围内，锚固段注浆体轴向位移呈指数形式衰减，最小值位于35m处。　　（4）根键式锚索承载体沿锚索径向6mm至80mm范围内，承载体整体呈压应力。压应力值自承载体底部至承载体端部整体呈衰减趋势，压应力最大值分布于承载体根键尖端处，呈现应力集中分布现象。在承载体沿锚索径向0mm至60mm范围内承载体沿锚索径向位移基本无变化，最小值位于承载体圆心处。承载体应力值及位移值变化曲线沿锚索中心左右对称。　　（5）拉力型、压力型及根键式锚索承受相同预应力荷载作用下，三类锚索锚头处应力值及位移值基本相同。拉力型锚索锚索整段及注浆体应力值及位移值均高于压力型及根键式锚索，压力型锚索锚头处、锚索整段及注浆体应力值及位移值均高于根键式锚索。根键式锚索锚头处岩体应力最大值较压力型锚索降低约33.24％，根键式锚索锚头处岩体位移最大值较压力型锚索降低约33.18％；根键式锚索轴向应力最大值较压力型锚索降低约33.16％，根键式锚索轴向位移最大值较压力型锚索降低约33.14％；根键式锚索注浆体轴向应力最大值较压力型锚索降低约41.2％，根键式锚索注浆体轴向位移最大值较压力型锚索降低约33.03％；根键式锚索承载体底部圆心应力最大值较压力型锚索降低约46.94％，根键式锚索承载体位移最大值较压力型锚索降低约33％。根键式锚索施加预应力时，根键式锚索承载体压应力变化平缓，单根根键处压应力最大值分布于承载体根键尖端处，呈现应力集中分布现象，根键式承载体圆盘承受较小的应力，传递给注浆体的压力减小，因此能够有效地提高锚索的锚固效应。
作者：	张博
专业：	建筑与土木工程
导师：	程圣国;孙冠华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2022