岩土预应力锚固技术的进展_陈祖煜
岩土预应力锚固技术的进展
陈祖煜,杨 健
(中国水利水电科学研究院岩土工程研究所,北京 100044)
摘 要:总结了岩土预应力锚固技术的发展历程,对岩土锚固机理、长期耐久性以及安全检测技术等预应力锚固关键技术问题目前的研究情况进行了论述;介绍了一种新型的预应力锚固体系 全程防锈分散压缩型预应力锚索体系,阐明其特点和优势,指出研制和开发新型锚索体系是提高岩土锚固工程安全性的根本途径;提出了预应力锚固技术研究发展的核心问题,阐明了岩土锚固技术的发展趋势。
关键词:土木建筑结构;岩土锚固技术;新型锚索体系;发展趋势
中图分类号:T V554 13 文献标识码:B 文章编号:1007-0133(2004)05-0005-06
1 岩土锚固技术发展历史回顾
对于岩土锚固技术的应用和研究,已有100多年的历史。早在1890年,在北威尔士的煤矿加固工程中就开始用钢筋加固岩层;1905年,在美国的矿山中也出现了类似的钢筋加固工程;但预应力锚索真正得到应用始于20世纪30年代。1934年,法国在阿尔及利亚Cheurfas混凝土坝加高和缺陷处理中首次应用了37根10000kN的预应力锚索。此后,岩土锚固技术迅速发展,现在已普及到世界各国的露天矿的边坡加固、地下开采硐室的支护、水利水电工程中坝基的加固、高边坡的稳定的加固、土木建筑中的深基坑的支护等各个领域。据不完全统计,国外的各类岩石锚杆已达600余种,锚杆年使用量超过2 5亿根。
从20世纪50年代后期起,中国开始在矿山巷道中使用锚杆支护。1964年在梅山水库连拱坝左、右坝肩加固中,首次使用了预应力锚索。1986年在重庆松澡矿务局金鸡岩滑坡治理中,应用了锚索抗滑桩技术并取得了成功。20世纪90年代以来,锚索框架广泛应用于铁路、公路滑坡及高边坡治理中。大规模的边坡锚固工程,当始于漫湾水电站。漫湾水电站由于左岸滑坡,在1990~1992年对左岸成功布设了2000余根3000kN的预应力锚索。这一工程实践极大地促进了中国岩土锚固技术的发展。随之,锚固技术开始在中国的矿山、冶金、水电、交通及土木建筑等领域内推广使用,其应用范围从坚硬稳定岩石发展到松软破碎岩体,由小巷道发展到大跨度硐室,由静荷条件发展到动荷条件,由基建工程发展到工程抢险和结构补强。近年来,锚索技术在文物加固中也得了较多的应用,取得了可喜的成果。回顾岩土工程预应力锚索发展的历史,大致经过以下几个过程。
1 1 第一代有黏结无保护预应力锚索
这一类型锚索体系由内锚固段、自由段和外锚固段组成,至今仍在中国绝大多数交通、水利水电等工程中应用。自由段的钢绞线用油脂保护,由于其防锈可靠性较差,几乎所有的工程最后都通过灌浆将自由段封死,因而此类锚索最终变为有黏结无保护型。图1为三峡船闸工程使用的预应力锚索的设计详图。这类锚索体系存在着以下缺陷:
(1)由于锚索和内锚固段全部在裸露状态下被回填砂浆充填包裹,一旦回填砂浆体开裂,则在水的浸蚀下锚索极易锈蚀。
(2)由于自由段用砂浆灌满,锚索无法随岩体变形,失去了自由调整的能力,降低了对边坡加固的效果。
(3)此类锚索因需要形成1个预张拉的内锚头,故难以在向上打的钻孔中布置内锚头;同时,由于内锚头是在无压状态下形成的,故难以保证其注浆的密实性。根据调查,约有10%的锚索内锚头存在或多或少的注浆不密实的质量问题。
1 2 第二代无黏结双层保护锚索
第二代锚索采用充防锈油脂的聚氯乙稀套管保护钢绞线,内锚固段和自由段一次灌浆;同时内锚固段还用波纹套管保护,以达到全程防水效果。中国在小浪底水电工程第一次大量使用这种形式的锚索(见图2)。此类锚索弥补了第一代锚索的缺点: a.钢绞线在套管内可自由移动,使整个锚索体系
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第18卷第5期
贵州水力发电
G U IZHO U WAT ER POW ER
2004年10月
收稿日期:2004-06-16
作者简介:陈祖煜(1943-),男,浙江省镇海县人,高级工程
师(教授级),工学博士,从事边坡和水工建筑物稳
定分析研究工作;杨 健(1970-),男,上海市人,
高级工程师,博士,从事地质工程与边坡工程研究
工作。
随着岩体变形,达到内力调整的目的; b.打上仰孔和保证注浆密实的问题也相应获得解决。近年来,中国水利水电系统逐渐使用了经保护的钢绞线(如小湾、紫坪铺等工程),但是由于中国尚无内锚
固段波纹套管的技术标准和经技术论证的生产厂家,所以绝大多数的自由锚只能任内锚头裸露、直接与砂浆接触,而真正按国际标准生产的无黏结双
层保护锚索大概仅在小浪底工程中应用过。
图1
三峡船闸工程使用的全长有黏结无保护预应力锚索
图2 小浪底工程采用的双层保护无黏结锚索
1 3 压缩型、分散型无黏结新型锚索
研究表明,锚索的内锚头在受拉时将在某一段内产生应力集中(见图3),同时内锚头在拔出时产生的剪胀会导致内锚索砂浆固结段开裂。若采用压缩型、分散型的内锚头,则可以改善内锚头的应力状态、提高内锚头的可靠性,从而为减少内锚头的长度创造条件。
2 预应力锚固技术的几个关键问题
2 1 关于锚固机理的研究
在锚固工作状态、失效环境和临界稳定条件的研究方面,国内外学者曾开展了大量的试验研究工作。
2 1 1 关于内锚固段长度的研究
传统的预应力锚索设计理论是假定内锚固段沿周边均匀提供抗拔力,此抗拔力全部由黏结力提供,因而内锚头长度L l 按下式计算[1]
L l =k
q m DC
式中:q m 为锚索的超张拉力;D 为锚索孔直径;
C 为胶结材料同孔壁的黏结强度;k 为安全系数。规范为不同的岩性提供了参考数值。
6 第18卷第5期 贵州水力发电 2004年10月
图3 内锚头的受力状态
但是,国外学者对锚固机理的试验和研究表明,内锚头的抗力是由岩壁与钢绞线之间的摩擦力提供的(如图4(a)示[2]),当钢绞线在外力作用下向外位移时,将发生剪胀现象,导致岩壁径向反力N 增大,直至回填的砂浆柱压碎(见图4(b))。此时,阻止钢绞线拔出的力T 为
T =N tan ( i + b )
式中: b 为钢绞线与砂浆的基本摩擦角, i 为被绑成 枣核形
的钢绞线的起伏角。
图4 岩体锚固机理
Kaiser (1992)[2]
等根据这一理论,提出了钢绞线
的抗拔力取决于: a.岩壁的弹性模量,因为它决定了N ; b.回填砂浆的抗压强度和弹性模量,因为它同时决定了砂浆柱最终被压碎的条件和N ;
c.钢绞线的起伏度和粗糙程度。
已有的大量试验工作同时也确认,内锚段的受力是极不均匀的,应力往往集中于某一局部,所以内锚固段并不是越长越好。Jarred 等进行的一系列试验就说明:当锚索长度达到一定值后,内锚固段提供的抗拔能力不仅不增加,还会减少[8];1998年Briaud 和Weatherby 在美国ASCE 岩土工程学报上发表了以 Should grouted anchors have short ten -don bond length? 为题的论文[4]中也提出:通过理论分析和现场试验,明确地提出过长的内锚头不仅无益,而且有害的。
显然,对内锚头破坏机理的认识,不仅是一个
纯学术问题。因为它关系到内锚头应该采取的合理形式,同时也指出了应该从哪几个方面进行改善(如提高回填砂浆强度和弹性模量、钢绞线粗糙度等)以提高内锚头的可靠性。2 1 2 现场试验
了解内锚固段抗拔能力的最直接手段是进行现场试验,不少工程对此进行过现场破坏性试验。
国家电力公司成都勘测设计研究院准达公司为了验证上述有关内锚头受力状态的理论,曾经在分散压缩型内锚头内安装传感器,通过现场测试来论证合理的内锚头形式[8]。该试验共布置锚索6根(拉力型锚索3根、自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索3根),每根长50m,试验拉力为3000kN,试验成果如下:
(1)3000kN 级拉力型锚索应力曲线表明,锚固段应力主要为拉应力,分布在距离锚固段与自由段交界处0 5~5m 范围内,该处水泥结石体发生了破坏,而在此范围以外的应力分布则较小。
(2)3000kN 级自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索(锚头部分长约3m )的试验结果是:在锚头部分0~4m 范围内以压应力为主,同时还有一部分拉应力分布,说明此类型锚索应力分布为拉、压应力的复合分布,应力分布比较均匀。
(3)3000kN 级拉力型锚索的拉应力分布,存在较大的应力集中区。
三峡船闸高边坡也曾开展过锚索破坏性试验,试验采用的内锚头长度为1m,共进行了6个锚索的试验[5],结果如下:
(1)在3个1000kN 的锚索中,2个在1600
kN 时被破坏,其部位为外锚头夹片外的钢绞线;1
个在1556kN 时被破坏,其部位为内锚固段。
(2)在3个3000kN 的锚索试验中,全部都在4310~4318kN 时被破坏,其破坏形式是钢绞线抽丝。
上述试验成果说明,内锚头抗拔力具有较大的超
7 陈祖煜,等:岩土预应力锚固技术的进展 2004年第5期
载能力,故目前在工程中普遍采用的内锚固段长度(一般为6~12m)属偏大,具有较多的优化可能性。
2 2 关于锚索体系耐久性问题的研究
在锚索体系耐久性问题的研究方面,虽然国际上对预应力锚索体的腐蚀破坏机理和防腐处理方法进行了全面的研究,但由于预应力锚索在高应力条件下的腐蚀过程比较复杂,故尚没有提出成熟的防腐处理方法[6]。
目前,对锚索腐蚀问题调查工作做得比较全面的文献记载是法国联邦预应力协会(Federation In-ternationale de la Precontrainte)对35个锚固件腐蚀情况的调查。这一次调查的主要结果是[7]:
(1)腐蚀和锚固件类型无关。35个锚固件中有9个发生于锚杆,有19个发生于钢丝,有8个发生于钢绞线。
(2)锈蚀发生的时间为:有9个发生在6个月内;有10个在6个月至2年内;有18个在2~31年内。
(3)发生破坏的部位为:发生于外锚头的为19个,发生于锚索自由段的为20个,在内锚头破坏的有2个。
(4)调查结果不支持这样的观点:增加锚杆体的直径可以延长寿命、抗腐蚀。
虽然不可能用单一的参数全面地反映锚索腐蚀的风险,但现已明确:锚索(锚杆)体的腐蚀在本质上可以分为化学的、电化学的和(或者)微生物的这3种影响类型。Eyre和Lew is提出了一种综合评价的方法来确定锚索所处土层的侵蚀性,从而为锚索体的防腐处理提供了基本依据[7]。
这项技术为:对每个现场量测到的参数赋值,然后将各项的总和确定为土层侵蚀性的评判指标(见表1)。作为现场勘查的一部分,初步试验应该包括表1中部分1所列所有项;如果这些试验的结果总和是临界值,即在-1~-4之间,则需进行部分2所列的各项试验的分析。
表2为锚杆所处土层整体侵蚀值和侵蚀定性分类的对比。
3 一种新型的预应力锚固体系
在国家 948 项目支持下,中国水利水电科学研究院于2003年9月引进了韩国三友公司的分散压缩型锚索生产线(图5)。目前,这种新型的分散压缩型预应力锚索体系在韩国、日本等国家已得到广泛应用,主要用于高速公路、铁路、水利水电、工业民用建筑基础等工程中的高边坡支护工程。
表1 土层侵蚀性整体评价的各项因素
(Eyr e和Lew i s,1987)[7]
因素
分类
因素项目测量特征数值部分1
部分2
土的分类
地下水
电阻率
/ cm
含水量/%
(按重量计)
pH值
可溶硫酸盐
/( 10-6)
煤渣、焦煤
或人工填土
氧化还原电
位/mV
硫化物
碳酸盐
氯化物
/( 10-6)
( )对通过425 m孔径筛
的土体,其中通过63
m孔径筛的土体重量
不超过10%;塑性指数
<2。
( )通过63 m和2 m孔
径筛的土体重量分别不
超过75%和10%;对
通过425 m孔径的筛
的土的塑性指数<6。
( )所有土通过425 m孔
径筛;塑性指数<15。
( )所有土通过425 m孔
径筛;塑性指数 15。
( )机质含量按重量计算
0 2%。
( )锚索安装地区排水良好
( )锚索安装地区排水条件
差
3000 1000 100 R 100 20 >20 pH 6 pH<6 SO4 200 200 500 SO4>1000 无 有 RP 400 400>RP 200 200>RP 0 RP<0 无 遗迹 现存 强 强 现存 有遗迹 Cl 50 50 250 500 +2 -2 -4 -4 +1 -1 -1 -2 -3 -4 -1 -2 -1 -2 -3 -4 +2 -2 -4 -2 -3 -4 +2 +1 -1 -2 -4 8 第18卷第5期 贵州水力发电 2004年10月 表2 土壤的整体侵蚀性评价 整体侵蚀性的代表值 定性分类0或大于0 可能无侵蚀性-1~-4轻度侵蚀-5~-10侵蚀-11或小于-11 高度侵蚀 图5 新型分散压缩型锚索生产线 这一新型锚索体系除了具备以往锚索的全部优点以外,还增加了以下重要特点: (1)内锚头抗拔力是由几个互不相关的独立构件提供的(图6)。锚固力均匀地分散在内锚头的全长中,这样就大大提高了锚索的承载力和可靠性。 这一体系同时也为降低内锚头的长度创造了条件。 图6 2000kN 分散压缩型无黏结锚索结构图 (2)锚索内锚头墩头采用了专用的注油脂密封圈的防水结构(图7),外锚头也使用了密封圈防水,整个锚索体系全程防锈,大大延长了锚索的使用寿命。 (3)采用一次性注浆回填工艺。可通过加压注浆改良钻孔周围岩体,并确保内锚头注浆密实。使用这一工艺可以安装上仰和垂直向上的锚索。(4)工厂化生产,充分保证产品质量。传统的岩体预应力锚索是在现场露天条件下由非专业人员绑扎而成的,难以保证锚索的质量。本产品在工厂的流水线上由经过专门培训的技工生产,整个制作过程按严格的操作规程进行, 全过程录像。 图7 内锚头防锈防水结构 (5)锚索以成卷产品向现场提供(图8),使 用吊车插入钻孔中,改变了传统的数十人肩扛手提的劳作模式,安装过程快速方便,提高了工作效 率。这一优点对公路边坡抢险施工尤为重要。 图8 锚索以成卷产品向现场提供 显然,新型锚索体系将会有效地提高边坡锚固的安全性和长期有效性,为中国岩土工程预应力锚固技术的进步发挥重要作用。 新型全程防锈分散压缩型预应力锚索体系与传统的锚索体系相比,在结构性能、受力状态、长期 耐久性和安全性等方面均具有明显突出的优点。研制和开发新型锚索体系是提高边坡锚固工程安全性的根本途径。目前,中国水利水电科学研究院正在吸收、消化和改造由国家 948 项目引进的分散压缩型预应力锚索的技术,将建成1个日生产能力达30万t 的生产线,同时研制开发1套小型、机动的现场锚索生产线,形成专利产品。期待通过不断的连续创新性研究,使中国岩土锚固技术在结构、性能、施工工艺和长期有效性等方面赶上国际先进水平,使中国的岩锚技术登上一个新的台阶。 4 发展趋势展望 纵观中国岩土锚固技术的研究现状,站在科技 9 陈祖煜,等:岩土预应力锚固技术的进展 2004年第5期 发展的前沿,紧密结合中国各项工程建设的特点和迫切需要,展望岩土锚固技术的发展趋势,今后的科研工作将主要集中在以下几个方面: (1)建立起岩土体边坡锚固失效模式和临界技术指标; (2)发展新的锚固工程安全性检测技术; (3)完善锚固工程安全性评价方法; (4)提出锚固工程失效后的处治方法; (5)制定边坡锚固安全评价技术标准和相应的规范; (6)开发研制新型全程防锈压缩分散型预应力锚索体系。 通过上述研究工作,将在岩土预应力锚索的加固机理、设计方法、施工手段和安全评价方面提出新的理论和技术,开发出更加安全可靠的新型锚索体系。这里,特别要强调制定相岩土锚固安全评价技术标准的重要性。在推广预应力锚索过程中,将面临效益和经济比较的问题,在设计规范中,应该对不同的锚索体系规定不同的分项系数,使可靠度和长期有效性高的锚索在设计优化过程中真正体现出经济效益,以促进新型高效锚索在岩土锚固界的推广和应用。 参考文献:[1]SL212-98,水工预应力锚固设计标准[S]. 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Development of Prestress Anchor Technology in Rock-soil Engineering C HEN Zu-yu,YANG Jian (Rock-soil Engineering Institute,China Academy of Science&Research For Conservancy&Hydropower,Beijing,100044,China) Abstract:The article review ed the development history of prestress anchor technology in rock-soil engineering, narrated key technolog y problems of prestress anchor such as rock-soil anchor mechanism,durability in long time,safety detection technology,and etc.,and research status in recent years,introduced a new anchor sys-tem,ant-i rust in w hole cause and scattered com pression one,and its features and advantages.The w riter also presents the essential w ay improving security of rock-soil anchor engineering is researching and developing new anchor cable system,as w ell as w hat is the key problem of research and development of prestress anchor tech-nology,ex pounds the development trend of anchor technology in rock-soil engineering. Key words:civil structure of building,rock-soil anchor technolog y,new anchor cable system,development trend 贵阳院4个项目获2004年度贵州省 四优奖 贵州省2004年度 四优奖 项目评选结果近日揭晓,中国水电贵阳勘测设计研究院申报的4个项目全部榜上有名,其中: 甘肃黑河龙首水电站工程设计 、 江西柘林水电站扩建工程设计 分别获得贵州省第十三次优秀工程设计一等奖和二等奖; 江西柘林水电站扩建工程勘察 、 南盘江天生桥二级水电站隧洞安全检测 均获得贵州省第十次优秀勘察一等奖。 (中国水电贵阳勘测设计研究院:张晋秋供稿) 10 第18卷第5期 贵州水力发电 2004年10月 第9卷 增刊中国地质灾害与防治学报V o l19 Supp lem ent 1998年11月TH E CH I N ESE JOU RNAL O F GEOLO G I CAL HA Z A RD AND CON TROL N ov11998 岩土锚固工程中锚固体应力 分布的有限元分析 王连捷 王薇 董诚 (中国地质科学院地质力学所,北京,100081) 提要 岩土锚固对地下工程,边坡加固,高层建筑,地基基础工程等有重要作用。本文对三种不同类型的锚杆,即拉力型,剪力型,压力型的锚杆锚固体中的应力分布以及拉杆刚度对应力分布的影象进行了有限元计算,。 应力分析结果表明: 1、在弹性应力情况下,拉力型锚杆锚固体中的应力集中明显,应力分布主要集中在锚固段上部较小的范围以内。在这种情况下,过分加大锚固段长度是无意义的。 2、剪力型锚杆锚固体中的应力分布范围较大,应力集中较小,较均匀。因而能承受较大的抗拔力。但第三类剪力型锚杆对改善应力分布无作用。 3、锚固体产生塑性变形后,应力集中程度降低,达到锚固体的残余强度。同时,应力向深部弹性区转移,以调动更大范围锚固体的强度。 4、拉杆的刚度对锚固体中的应力分布有影响。拉杆的刚度越大,应力分布越趋于均匀。但拉杆刚度是有限度的。任意加大刚度有困难,只能到一定程度。 关键词 岩土锚固 锚索 应力分布 一、前言 岩土锚固对地下工程,边坡加固,高层建筑,地基基础工程等有重要作用。本文对不同类型的锚杆(索)的锚固体中的应力分布以及锚杆刚度对应力分布的影象进行了有限元计算,为锚固技术的设计提供依据。 二、预应力锚杆结构简述 预应力锚杆由锚头、杆体和锚固体三部分组成,如图1[1]。锚头位于锚杆的外露端,它由锚具,承压板,台坐,支挡结构组成,通过它对锚杆施加预应力。杆体连接锚头和锚固体,由螺纹钢或钢绞线组成,通常利用其弹性变形对锚杆施加预应力。锚固体由水泥浆组成,位于锚杆的下半部,通过锚固体把应力从锚杆传给地层。 作者简介 王连捷,男,63岁,研究生毕业,研究员,主要研究地应力测量,岩土锚固,边坡治理,应力计算。 力学机理分析基础上的拉力型锚剪切位移法 摘要：基于沿锚固段的剪应力既不是线性也不是均匀分布的事实基础上，对拉力型锚的荷载传递机制进行了研究，以及锚固段的力学特性进行了分析。考虑其软化特性，锚固体周围土体的剪切应力--应变关系简化成三个折叠线模型组成的弹性阶段，弹塑性阶段和残余阶段。与此同时，对已被广泛用于分析桩基的剪切位移法进行了介绍。基于弹塑性理论，获得了沿锚固段拉力型锚移位，剪切应力和轴向力的分布，还制定了相应的弹性极限荷载计算公式。最后，用一个例子来讨论荷载锚锚固段应力和位移的变化，并且用一个程序计算锚的最大承载力。讨论了一些锚承载力的影响参数，并获得了有效的锚固长度。结果表明：剪应力先增大然后减小，最终趋于锚固体底部距离增加的剩余强度，位移时刻随着锚固体底部距离的增加而增加，并且速度的增加逐渐变大。 关键词：锚；锚固段；拉力型；弹塑性；力学分析；剪切位移法；残余强度 1、引言 地锚是一种最常见的增强方法，在土木工程中起着重要的作用。它可以有效地利用土体潜力，并提高其自稳，从而保证了施工的安全性和结构稳定性。到目 前为止，有许多关于锚索加固的研究[1-5] 。根据锚和注浆体之间的荷载转移模式，锚可以分为拉力型，压力型和剪切型三种类型[1]。拉力型锚在工程实践中较为常用，其加固机理是通过锚和注浆体之间的粘合性以及注浆体和土体之间的摩阻力 来传递锚稳定地层的支撑力[6]。拉力型锚有三个破坏模式[7 ]，即：1）锚拉伸断裂，这会使它失去其承载力；2）促使锚被拉出来的锚和注浆体之间的粘接性太小；3）促使锚固体被拉出来的锚固体和土体之间的粘接性太小。前两个破坏模式在正常的设计和施工方法的工程实践中很少发生，所以锚设计的主要任务是确定锚固体与周围土体之间的侧阻力分布，以避免最后的破坏模式。通常情况下假 定锚固段侧阻力分布要均匀。然而，调查的结果[9-11] 表明侧阻力不是均匀分布的，但在它的前面部分有一个峰值，然后逐渐减小，最后接近于零。因此，正确地确定侧阻力分布和锚固段荷载传递特性之间的锚设计是非常重要的。许多关于这方 面问题的调查已经开展了，并取得了一些有价值的结论[12-16] 。在这项工作中，考 虑了锚固体周围的土体软化功能，通常用于桩分析[17-18] 的剪切位移法也被引入，并根据弹塑性理论，对拉力型锚的荷载传递机理和轴承特性进行了理论研究。 2、拉力型锚锚固机制 2、1拉力型锚分析模型 当拉力锚（图1所示）经过荷载P ，通过锚固段及周围土体之间的摩擦阻力来平衡拉力，即被称为剪应力。 周围土体的剪切应力 - 应变关系如图2所示。直线OA 表示土体是在弹性阶段（I 期），AB 表示软化阶段（Ⅱ期），BC 表示残余阶段（Ⅲ期）。1τ和1γ分别表示剪切强度和应变峰值A 点，2τ和2γ分别表示在点B 处的剪切强度和应变值是最初的残余阶段。 一、名词解释 1.摩擦型锚杆：采取不同措施使锚杆和孔壁之间产生较大摩擦强度的锚杆。 2.预应力锚杆：有锚头、预应力筋、锚固体组成，利用预应力筋自由段的弹性伸长，对锚杆施加预应力，以提供稳定岩土体或支挡结构物所需的主动支护力的长锚杆。 3.安全系数法：将设计结构的理论计算承载能力降低一定程度，即除以一个大于1的系数k 作为实际结构允许存在的荷载。 4.极限状态设计法：以可靠度设计为目标，以概率论为基础，以防止结构或构件达到某种功能要求的极限状态为依据的结构设计计算方法。 5.主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。 6.被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。 7.悬臂式挡土墙：是由立板和底板两部分组成，呈T字形的薄壁式钢筋混凝土挡土墙。 8.扶壁式挡土墙：在悬臂式挡土墙的基础上，沿墙长方向，每隔一定距离加设扶壁，扶壁把立板同踵板连接起来的薄壁式钢筋混凝土挡土墙。 9.单（多）支点混合支护结构：指在基坑开挖面以上，在挡土结构上设置支撑或锚固支点，提供单支或多个支点与挡土结构结合而成的混合支护结构。 10.水土分算原则：即分别计算土压力和水压力，两者之和即为土的侧压力。 11.地下连续墙：由各钢筋混凝土墙段相互连接，形成一道具有防水、挡土和承重功能，平面上呈封闭状的连续的地下钢筋混凝凝土墙体。 12.土钉墙：土钉一般通过钻孔、插锦和注浆来设置，传统上称为砂浆锚杆。 13.板桩式抗滑桩：为增加支挡斜坡的稳定性，防止受荷段桩间土体下滑，在桩间增设挡土板，构成桩和板组成的板桩式抗滑桩。 14.地基反力：也称为地基抗力，是一个分布力。当桩周地基的变形处于弹性阶段时，其抗力按弹性抗力计算。 15.弹性桩：桩在受荷后发生了绕某一点的转动，同时桩轴线型也改变了，这种变形形式的桩称为“弹性桩”。 16.刚性桩：桩在受荷后仅仅发生转动，桩身不发生绕曲的桩。 17.初参数：指桩起始端的位移、转角、变矩和剪力四个物理量。 18.锚固工程：以应用数学。力学和工程材料等科学知识来解决岩土工程中的设计、计算、施工和监测等方面问题的技术和工艺。 19.连续球形锚杆：锚固体是连续的球形体的锚杆。 20.锚杆的锁定荷载：指进行锚杆锁定时，作用在锚杆头上的拉力。 21.地基系数：又称弹性抗力系数，表示单位面积地层产生单位表形所施加的力。 22.锚杆：是一种置入岩土体，可以调动并提高岩土体自身强度和自稳能力的受力杆件。 23. 静压注浆：一般压力较低（15mpa）注浆压力随着浆流遇到的阻力增大而升高，浆液注入后为流动状态。适用于砂土，粉土，粘性土，淤泥质土湿陷性黄土素填土以及风化岩等地基，静压注浆法也可用于处理含土城溶洞的地层。 24. 高压喷射注浆：一般压力较高(20-70mpa)，流体在喷嘴处呈射流状。适用于处理淤泥，淤泥质土，粘性土，粉土砂土，人工填土，碎石土等地基，当土中含有较多的大粒径块石，坚硬粘性土，大量植物根茎和大多有机质时应慎用。 二、简答题 1、容许应力法的设计原则？ ①结构构件截面的计算应力不得大于结构设计规范所给定的容许应力；②结构构件截面的计算应力是按规范规定的标准荷载，以线性弹性理论计算的；③容许应力是一个由经验判断的大于1的安全系数去除某一适当的极限状态所规定的最大应力而确定。 2、岩土支挡与锚固工程的功能要求？ ①应满足各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固和耐久；②结构类型选择和设计位置的确定应安全可靠、经济合理、便于施工养护，材料结构符合耐久、耐磨蚀的要求；③必须查明边坡和地基的工程地质性质、水文地质条件，获取必要的岩土物理学参数；④与已有 研究岩土锚固工程的力学概念问题分析 【摘要】基于目前岩土锚固工程建设人员对力学概念存在的不甚清晰问题，文章分析了不同类型岩土锚杆性能与应用条件，并提出了岩土锚杆设计与承载力控制要点，其目的是为相关 建设人员提供一些理论依据。 【关键词】岩土锚固工程；锚杆性能及应用条件；岩土锚杆设计 【中图分类号】TU43【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）06-0243-02 引言 岩土锚固是保证工程建设使用安全稳定性的重要组成部分。随着工程建设规模以及涉及地质 环境的复杂性越来越大，相关建设人员应在明确岩土锚固工程力学概念的基础上，从而不断 完善结构作用的科学合理性。然而，在研发岩土锚固科学技术过程中，存在力学概念理解不 到位问题，这就在一定程度上阻碍了岩土工程的快速发展进程。为此，研究人员应从不同类 型的岩土锚杆性能与应用条件入手，用以提高岩土锚固工程设计与承载力控制的有效性。这 是实现地区进行现代化经济开发建设可持续性目标的关键，相关人员应将其作用于实践。 1.研究岩土锚固工程力学概念问题的重要性 科学技术的不断发展，岩土锚固与锚杆结构的市场环境呈现出多元化的发展趋势。然而，现 阶段，某些岩土锚固工程施工建设人员仍对其力学概念不甚清晰，这就使得实际应用过程存 在设计不合理、施工方法不当问题，从而造成了锚杆失效以及工程失稳问题的出现，严重的 甚至会导致工程出现坍塌破坏等事故。针对这一问题，相关人员应加大岩土锚固工程力学概 念问题的研究力度，从而完善工程建设使用的安全稳定性。这是缓解工程建设在经济快速发 展背景下设计应用稳定性压力的重要课题，研究人员应将其重视起来[1]。 2.不同类型岩土锚杆性能与应用条件 据统计，岩土锚杆主要有两种类型，即预应力锚杆以及非预应力锚杆。其中预应力锚杆，如 是由钢丝与钢绞线组成，也可被称为预应力锚索，其具有控制岩土锚固工程出现位移或变形 的能力，如图1所示。（a）中所示长度L，是在A固定下的锚杆。当千斤顶系统给承载板施 加一个力P，锚杆的弹性伸长经过地基承载板收押后，就会产生局部压缩。此状态下，卸去 液压千斤顶，预应力荷载就会被锁具锁定在锚杆结构中。这种情况下，锚杆只有在受到大于 预应力外荷载P的情况下，才会产生位移。由此可判断，预应力锚杆锚固结构与地层发生位 移问题的情况是非常少的[2]。 （a）（b）（c） 图1 预应力锚杆 而非预应力锚杆主要作用于加固岩土结构，即只有在所处地层出现位移现象后，才能通过反 作用力，来承受外力。因此，这类锚杆难以作用位移或变形较大的岩土锚固工程。此外，非 预应力锚杆不能将工程稳定所须足够的拉力或是锚固力传递到锚杆底部的稳定地层上，即使 是能够传递，其岩土体也存在潜在滑裂面或是破坏面抗力较小问题。 岩土工程施工中锚固技术要点分析 摘要: 岩土锚固是近代岩土工程领域中的一个重要分支。本文结合作者多年工作经验,主要阐述了岩土锚固工程施工技术要点。 关键词: 岩土工程施工锚固技术预应力控制 中图分类号：TU757.2 文献标识码：A文章编号： Abstract: Rock-soil anchoring modern geotechnical engineering is an important branch of the field. This paper combines with the author years work experience, rock and earth anchoring construction mainly expounds the construction techniques. Keywords: geotechnical engineering construction, prestressed anchorage technique, control 1发展概况 随着岩土工程建设的迅猛发展，锚固技术也得到了显著的提高，锚固结构形式是由预应力锚索抗滑桩(墙)，发展到预应力锚索(杆)框架、地梁、墩垫、以及锚喷等结构形式。预应力锚索由普通拉力型发展到压力分散型、预应力锚杆采用高强精轧螺纹钢等。 总之，岩土锚固工程技术是在铁路隧洞、岩土边坡、基坑支挡、坝基稳定、结构抗倾与抗浮等工程领域内进行了广泛的应用，预应力锚固技术的发展，更是取得了显著的经济效益和社会效益。 2锚固工程施工技术要点 预应力锚索(杆)工程施工主要包括施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔灌浆、钢筋制安、混凝土浇灌、锚孔张拉锁定等关键工作流程，下面就各工序流程扼要介绍其施工技术要点。 1．1施工准备 (1)施工组织设计要求明确施工方法、施工工艺、工序流程、劳动力组织和施工设备、材料、试验、监测安排及安全、质量管理。 岩土支挡与锚固工程复习资料（待补充） 1、崩塌：是破裂面切割的陡峻岩质边坡在风化营力、重力、水压力、地震力等作用下发生 向临空方向的坠落。 2、滑坡：是斜坡岩土体在重力、水压力、地震力等作用下沿坡体内倾斜破裂面或软弱带整 体向下滑动的现象。 3、泥石流：是由降水而形成的夹带大量泥沙、石块等固液混合物质的特殊洪流。 4、刚性桩：桩的位置发生了偏离，但桩轴线仍保持原有的线形，变形由于桩周土的变形所致。 5、弹性桩：桩的位置和轴线同时发生改变，即桩轴线和桩周土同时发生变形。 6、安全系数法：由于人们对设计中的诸多不确定因素不能完全把握，因此从安全的角度出发，在考虑结构实际允许的承载能力时，常采用将设计结构的理论计算承载能力降低一定程度，即除以一个大于1的系数K作为实际结构允许承担的荷载，安全系数实际上是设计结构所具有的的安全性的模糊量度。 7、容许应力：用一个有经验判断的大于1的安全系数去除某一适当的极限状态所规定的最大应力。 8、地基反力：单位土体或岩体在弹性限度内产生单位压缩变形时所需施加于其单位面积上的力。 9、地基系数：又称弹性抗力系数，表示单位面积地层产生单位表形所施加的力。 10、锚杆：是一种置入岩土体，可以调动并提高岩土自身强度和自稳能力的受拉杆件。 11、注浆：又称灌浆，它是利用压力将能固化的浆液通过注浆设备注入到地层中，浆液以渗透、充填、劈裂和挤密等方式扩散，赶走土颗粒间或岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置，由于浆液的凝固、硬化，将原来松散的土粒或裂缝胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水抗渗性能高和化学稳定良好的“结石体”，达到对地层加固或堵水的目的，改善受注地层的水文地质和工程地质条件。 注：根据注浆压力分为：静压注浆和高压喷射注浆两大类。 静压注浆：一般压力较低（15mpa）注浆压力随着浆流遇到的阻力增大而升高，浆液注入后为流动状态。适用于砂土，粉土，粘性土，淤泥质土湿陷性黄土素填土以及风化岩等地基，静压注浆法也可用于处理含土城溶洞的地层。 高压喷射注浆：一般压力较高(20-70mpa)，流体在喷嘴处呈射流状。适用于处理淤泥，淤泥质土，粘性土，粉土砂土，人工填土，碎石土等地基，当土中含有较多的大粒径块石，坚硬粘性土，大量植物根茎和大多有机质时应慎用。 静压注浆分为：充填或裂隙注浆（指注入浆体以充填或岩层内的大孔隙、大裂隙或空洞）、渗透注浆（指在压力作用下将浆液渗入土的孔隙和岩石的裂隙中，将孔隙中的自由水和气体排挤出去，浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙。）、压密注浆（用较高的压力注入粘稠度较大的惰性浆液适合种啥地基粘土）、劈裂注浆。 12、岩体支挡加固原理;（解决岩土稳定问题） 1、提供支撑力。对于块状岩体，支撑力可直接以集中地方式施加给欠稳定岩土块体，对于土体，支撑力要通过分散的面的方式施加。 2、设置阻滑体。最常用的阻滑措施是在适当部位布置承重阻滑键或抗滑桩。 3、锚固不稳定体。当母体强度较高或施工条件限制时，可将不稳定岩土体锚固于母体上比如设置锚杆和锚索。 锚杆支护技术的应用现状与发展前景 于富才1）杨宏2）冉启发3） 摘要：针对我国锚杆支护的现状做了初步分析。运用支护设计中常用理论及方法，（ 对其中的优缺点进行了分析和评价，同时对实际支护工程中的某些不足进行了具体讨论，并对未来的发展趋势进行了初步分析。 关键词锚杆支护；应用现状；发展趋势 锚杆支护作为岩土工程加固的一种重要形式，由于其具有安全、高效、低成本等优点，在国际岩土工程领域得到了越来越多的应用．1872年，英国北威尔士的煤矿加固工程中首次采用钢筋加固页岩之后，1905年美国矿山中也出现了类似的加固工程．到了20世纪40年代，锚杆支护在地下工程中的应用在国外得到了迅猛发展．目前，在澳大利亚和美国的地下工程支护中，锚杆支护已经占到了将近100％．我国的锚杆加固技术于20世纪50年代开始起步，在最近20年得到了快速发展，目前已经得到了广泛的应用．据估计，在1993年至1999年间，我国仅在边坡工程和深基坑工程中的锚杆年用量就达到了3000-3500KM．目前，我国正在进行大规模的基础设施与各类矿山及隧道工程建设，锚杆支护得到了普遍应用［１－１１］． 1.锚杆支护的现状 锚杆加固技术在工程中的应用十分广泛．目前，它已经在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程、重力坝加固工程、桥梁工程以及抗倾覆、抗震工程的地层锚固应用中得到了发展．近年，我国正在进行的高速铁路、跨海大桥、海底隧道、地铁等在内的大规模基础设施建设中所遇到地基处理、边坡加固、地下空间结构加固、水下空间结构坚固等各方面的问题中，将锚杆加固方式得到了很大的扩展． 1.1 锚杆支护理论 岩土体在工程开挖之后，其初始的应力平衡状态会遭到破坏，为了达到新的平衡状态，应力场将重新分布，从而导致岩土体在一定范围内出现弹塑性变形、地层膨胀变形，使岩土体出现碎裂带；若地层开始处于高应力状态，还可能发生岩爆，严重的影响工程质量，威胁施工人员的安全．锚杆加固技术是一种柔性加固技术，它能充分利用岩土体自身的承载力保持岩体的稳定，使加固体不被破坏．它本质就是通过锚固加强岩土体的整体性，控制开挖后岩土体的变形，避免应力的突然释放，从而保证工程顺利、安全地进行． 1）目前，已经广为接受的锚杆支护理论主要有悬吊理论、组合梁理论和组合拱（压缩拱）理论．①悬吊理论认为锚杆的作用是将松散、软弱的岩土体悬吊在坚硬、稳定的岩土体上，从而起到加固作用．②组合梁理论将锚杆看做螺栓，将各薄层岩土体看作是叠合在一起的梁结构，通过锚杆的锚固将其紧固成一个组合梁，且锚固力越大，梁之间的摩擦力越大，岩土体也就越稳定．③组合拱理论是在光弹试验的基础上提出的，试验证实了锚杆对地层的挤压加固作用．锚杆进入岩土体后，会使岩土体出现以锚杆两头为顶点的塑性压缩区，若有一排锚杆适当排列，则会形成一定厚度的连续压缩带，从而起到加固岩土体的作用． 1.2 锚杆类型、选择及作用机理 从锚杆的初次使用到现在，锚杆作为一种支护方式已经发展出了多种型．按 岩土锚固工程技术发展之回顾与展望 发表时间：2020-04-03T14:16:20.820Z 来源：《建筑实践》2019年38卷23期作者：刘昌 [导读] 在我国社会经济和科学技术大发展的环境下，建筑业表现出较好的发展前景 摘要：在我国社会经济和科学技术大发展的环境下，建筑业表现出较好的发展前景，在国民经济中占据了一定比重，极大地改善了居民的日常生活条件。岩土锚固是岩土工程施工中常用的一种加固工程，主要是借助锚杆固定提高岩土结构的稳定性，减少岩土所承受的压力，对工程结构和岩土稳定性方面都有了明显改善，大大提升了工程的质量效果。文中分析了锚固技术发展历程、在建筑业内应用表现出的主要问题，以及技术发展方向，希望能够为工程建筑发展有所助益。 关键词：岩土锚固工程技术；发展；展望 岩土锚固施工技术在我国已有数十年的发展历史，技术上的应用实践和施工扩展方面都有了明显进步，属于建筑工程中发展速度较快的一项工程技术，边坡稳定工程、深基坑工程、抗浮工程等都表现出了较强的适应性。岩土锚固的优势作用较强，能够借助地层建立强有力的支撑结构，承载结构物产生的巨大拉应力；能够通过地层预应力增大或加筋的方式，提升了岩土体的坚固性。岩土锚固施工技术的良性发展，需要全面了解该技术的发展历程和应用过程中的具体问题，为技术发展奠定基础。 1 锚固技术发展历程 岩土锚固技术，是指施工人员通过对岩石土体埋设受力拉杆件，增强基础结构拉应力的一种施工技术，建筑物稳定性有了明显提升。随着科学技术发展和新理念、新材料的有效应用，在应用过程中表现出了较强的优势性。但是该技术在国内外历经数十年的发展，从小范围应用到大面积扩展，体现出不同的应用情况，具体表现为： 1.1 国外方面 近年来，工程建设发展较快，岩土基础工程和边坡稳定性的加固施工中，岩土工程技术已经表现出了较强的适应性。而国外的建筑工程在岩土锚固工程技术方面已经取得了较大的技术性突破，新技术、新理念、新材料也扩大了适用范围，铁路隧道工程、矿井工程都普遍采用了此项技术，并且收到了较好的应用效果，增强了工程结构的稳定性和牢固性，整个施工效率也有了明显提升。这也是岩土锚固工程技术的进一步扩展，有利于锚固技术的健康发展和有效应用。 1.2 国内方面 我国的岩土锚固技术起源于上世纪50年代，最初只试用于小型工程，此种情况业与当时的各项技术的限制有关。随着改革开放后各项技术的发展，岩土锚固工程技术才有了大面积推广的机会，地基、航道、矿山矿井等多个工程中也逐步收获了较好的应用成果，在经济发展的大环境下，该技术实现了与许多新技术的有机融合，使用范围不断扩大。 2 岩土锚固工程技术应用中的问题 2.1 认识不足 岩土锚固施工技术应用中，锚固机理的认识存在片面性是主要问题。目前，锚固的作用有不同的解释，但大多都存在明显的缺陷，只是针对个别的特殊情况，不能将岩土锚固施工技术全面、合理的表达出来。同时，岩土锚固施工技术只是从经验出发制定标准，具体的设计、施工环节都有不同程度的盲目性，是该技术向科学化、专业化方向发展的重大阻力，需要更加关注，逐步解决。 2.2 理论与实践结合不充分 包括岩土锚固施工技术在内的岩土工程技术在设计阶段、施工阶段都会不同程度的影响最终的施工效果，需要加强相关的理论研究。但是现阶段，岩土锚固技术理论体系仍不完善，只有真正做到理论体系与实践施工两个方面的紧密结合、共同发展，才能适应技术的发展需求。 2.3 质量管控不严格 岩土锚固施工技术隐蔽性较强，会导致施工质量受到影响，出现一些问题，一是工程设计不准确引发事故；二是对问题成因不能准确把握，工程质量问题、工程设计问题不能准确辨别。为了充分发挥锚杆支护的功能作用、增强锚固技术的实际应用效果，必须在人力方面加大投入力度，要将性能优良的机械设备和机械化手段积极应用于施工过程，并且加强验收规程和试验措施的监督工作。岩土工程的施工质量在目前仍缺乏较全面的认识。 2.4 监测反馈技术作用小 岩土锚固施工过程中的影响因素较多。具体来说，岩土材料的破坏性是渐进式表现出来的，需要采取全面、系统的监测方式，获取岩土内部结构的变化情况，将其中的问题及时应对处理。岩土工程的监测工作在现阶段已经初见成效，但是认识不足，管理人员不能适时地给予专业指导。所以，岩土的监测反馈功能仍然限定在岩土锚固施工中的较小范围。 3 岩土锚固工程技术的发展 3.1 提升锚固技术的科学性 岩土锚固施工技术的有效应用，需要大量的实践施工经验为支撑。拉力集中型、压力集中型结构的受力过程中，锚固长度会在粘接应力变化的状态下发生一定变化。粘接应力呈不均匀分布，在长锚固段施工中作用有限，粘接效应获得了一定的突破。粘接强度标准值变化如表1所示。 3.2 加强地下工程施工 3.2.1 明挖施工 目前，明挖施工是各大城市地下工程中的重要组成部分。明挖法施工主要利用桩+支撑桩+锚索、土钉墙、地下连续墙相结合的围护结构，只有确保围护结构具有一定牢固性的基础上，才能开展基坑的土方开挖施工。整个施工过程易于操作、成本较小，但在地面工程方面的影响力较大。 3.2.2 暗挖施工 暗挖法施工，需要全面了解施工现场的地质条件，积极发挥超前支护体系的优势作用，改善地层条件。地下结构的初期支护、二衬施 岩石力学研究新进展报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 专业：岩土工程 岩石力学研究新进展报告 1 引言 时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。 岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。 本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间，我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下，努力做岩石力学的创新性研究，届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学 从古至今，岩石已成为人们熟知的工程材料，它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成，是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展，人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质，提出了多种岩石力学分析和计算方法，为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学，提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域，并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代，分形几何学开始应用于岩石力学研究，开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍，不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构，而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗 岩土锚固工程技术的发展及注意事项 【摘要】岩土锚固技术是一种非常重要的工程技术，在工程中得到了广泛应用，本文分析讨论了岩土锚固工程技术的发展和存在的问题。 【关键词】岩土锚固；发展；问题 0.概述 岩土锚固是通过埋设在地层中的锚杆（索）（以下统称锚杆），将结构物与地层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物的拉力或使地层自身得到加固，从而增强被加固岩土体的强度，改善岩土体的应力状态，以保持结构物和岩土体的稳定性，以达到预防和治理此类地质灾害的目的。 1.岩土锚固工程技术的发展历史 1.1岩土锚固工程技术在国外的发展历史概况 岩土锚固技术在与岩土有关的工程中的应用可以追溯到19世纪末。1872年，英国在北威尔士露天页岩矿首次使用了锚杆支护。此后，美国从1910年开始在阿伯施莱辛的弗里登斯煤矿使用，20世纪40-50年代以后，锚杆在美国矿井下的成功应用引起了世界各国的重视和广泛推广，90年代煤矿锚杆支护几乎达到百分之百。德国在1912年开始在谢列兹矿的井下巷道采用锚杆支护，20世纪80年代以后， 逐步改变了崇尚自己发明的U型钢支护，而转向推广应用锚杆支护技术，且锚杆技术在千米深井中得到应用。法国在20世纪60年代末锚杆使用量占2/3，80年代后，煤巷锚杆比例大幅提高。日本于1950年引进锚杆支护技术，20世纪70年代煤矿和隧道中使用锚杆的比例已经达到4.5 ：3。澳大利亚从英国、法国等引进锚杆技术后，于20世纪80年代后期对锚杆支护技术的改进使锚杆支护技术提高了一个档次，并引起英国等国家的再学习，重新推动了锚杆支护技术的发展。目前在澳大利亚的煤矿巷道中基本上采用了锚杆支护技术。 1.2岩土锚固工程技术在国内的发展历史概况 我国于20世纪50年代开始使用锚杆支护技术，至70年代前期还处于探索阶段，直至1978年才开始重点推广，至80年代向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习和引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到广泛的推广和应用。在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90%以上，有些矿井甚至达到了100%，取得了较好的技术和经济效益。 2.锚固工程技术存在的问题和发展趋势 2.1锚固机理的认识亟待提高 锚固技术的关键首先是对锚固机理的认识。它包括两部分，即锚固对岩土体的加固作用和单根锚杆本身的受力问 岩土锚固工程的现状与发展探究 摘要：本文总结了岩土锚固的现状，分析了岩土锚固在理论研究和工程应用方面存在的问题，提出了岩土锚固将来的理论研究和工程应用的重点，论述了其发展方向。 关键词：岩土锚固现状发展探究 abstract: this paper summarizes the present situation of rock-soil anchoring, analyzes the theory research rock-soil anchoring and engineering applications existent problem, put forward rock-soil anchoring the study of the theory of the future and the focus of the engineering application, and discusses the development direction. keywords: rock-soil anchoring development present situation to explore 中图分类号：u213 文献标识码：a文章编号： 当前，岩土锚固已经成为岩土工程领域中的重要部分。在岩土工程施工过程中使用岩土锚固技术，不仅能充分提高岩土体自稳能力和岩土体的自身强度，降低结构物自重，减小结构物体积，节省工程材料，节约工程成本，同时还能保证施工的安全。岩土锚固已在我国很多工程建设中得到广泛应用，如：边坡、矿井、基坑、隧洞等地下工程，还有坝体、水库、航道、机场及抗浮、抗倾结构等。 1 岩士锚固现状分析 岩土锚固技术综述 1 引言 岩土工程研究的对象是经过漫长地质年代的复杂地质体，这些地质体在一定的时间和条件下，处于相对稳定的平衡状态。由于自然的或人为的因素，原来的平衡状态遭到破坏，地质体变形过大而产生各种各样的地质灾害（滑坡、地表沉陷等）。为预防和治理此类地质灾害，工程上常将一种受拉杆件埋入岩土体，用于调动和提高岩土体自身强度和自稳能力。这种受拉杆件工程上称为锚杆，它所起的作用即为锚固。 岩土锚固是岩土工程领域的重要分支，其基本原理就是依靠锚杆周围的地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。在岩土工程中采用锚固技术，能较充分地调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力，大大缩小结构物体积和减轻结构物自重，节约工程材料，并有利于施工安全，已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂的岩土工程问题最经济最有效的方法之一。 2 锚固技术的发展历史与应用范围 1911年美国首次采用岩石锚杆支护矿山巷道。1934年，在阿尔及利亚切尔伐斯坝的加高工程中，首先采用承载力为10000kN的预应力岩石锚杆来保持加高后坝体的稳定，此后在世界其他的坝体加固中广泛应用。1957年，法国Bauer 公司首先采用土层锚杆。60年代，捷克斯洛伐克的Lipno电站主厂房等大型地下洞室采用高预应力长锚杆和低预应力短锚杆相结合的支护形式。1964年，中国安徽梅山水库采用设计承载力为2400~3200kN的预应力锚杆加固坝基。20世纪70年代，英国在普莱姆斯的核潜艇综合基地的船坞改建工程中，广泛采用了地锚，用以抵抗地下水的上浮力。1974年，纽约世界贸易中心深开挖工程采用锚固技术。法国、瑞士、澳大利亚先后颁布了地层锚杆的技术规范。在瑞士、法国、捷克、美国、日本等国广泛采用岩土锚杆维护边坡稳定。80年代，英国、日本等国研究开发了一种新型锚固技术——单孔复合锚固，改善了锚杆的传力机 前言：岩土锚固技术是近代岩土工程领域中的一个重要分支. 锚固技术,国内习惯统称为锚杆支护技术,国外一般称锚固技术或锚杆加固技术.它是一种结构简单的主动支护,它能最大限度地保持围岩的完整性、稳定性,能有效地控制围岩变形、位移和裂缝的发展,充分发挥围岩自身的支撑作用,把围岩从荷载变为承载体,变被动支护为主动支护,且具有运输施工方便、效率高,有利于加快施工进度,且施工成本低、支护效果好、施工噪音小等优点. 自1872 年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912 年德国谢列兹矿最先在井下巷道采用锚固技术以来,锚固技术至今已有100 多年的发展历史. 锚固技术作为一种技术经济优越的技术手段,越来越广泛地应用于各个工程领域,目前不仅广泛应用于世界主要产煤国家,而且也推广应用于冶金、水利水电、铁路公路、军工及建筑等工程之中,伴随着“21 世纪- 地下工程的世纪”的来临,可以预见,该技术必将得到更广泛深入的研究和推广应用。 1 锚杆锚固的特点 锚杆支护是一种安全、经济的支护方式,它是以锚杆为主体的支护结构的总称,它包括锚杆、锚喷、锚喷网等支护形式。其技术就是在土层中斜向成孔,埋入锚杆后灌注水泥(或水泥砂浆) ,依赖锚固体与土之间的摩擦力,拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆强度共同作用来承受作用于支护结构上的荷载。锚杆支护以其结构简单、施工方便、成本低和对工程适应性强等特点,在土木工程(包括采矿工程) 中得到了广泛应用。 锚杆锚固是在地层中,通过锚杆将结构物与地层紧紧连锁在一起,依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物的拉力,使地层自身得到加固,达到保持结构物和岩体稳定的目的. 与传统的支护方式相比较,锚杆锚固技术有其自身的鲜明特点: 1. 1 支护效果好 锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论,属于“主动”支护。锚杆安装以后,在围岩内部对围岩进行加固,迅速形成一个围岩—支护的整体承载结构,因而能够调动和利用围岩自身的稳定性,充分发挥围岩的自身承载能力,有效地控制巷道围岩变形,所以锚杆支护更有利于保护巷道围岩的稳定,改善巷道维护状况。与传统的架棚式支护相比,锚杆支护能更好地适应回采巷道围岩变形大的特点,并能保持围岩的完整性和稳定性,其支护效果优于工字钢支架,在工作面回采期间,工作面端头维护明显得到改善,提高了工作面的推进速度。 1. 2劳动强度低、效率高 与传统架棚式支护相比,由于锚杆支护所采用的支护材料较少、重量较轻,巷道掘进时,极大地减少了支护材料的运输量,劳动强度也大为降低,有利于提高掘进工效。工作面回采时,也省去了钢棚支架的回撤工作,既降低了工人的劳动强度,又提高了安全系数。锚杆施工操作工序简单,可紧跟掘进工作面,便于组织掘进支护平行作业和一次成巷,有利于实现快速掘进支护机械化。 1. 3 经济效益明显 采用锚杆支护可减少支护材料投入,降低直接支护成本。由于锚杆支护基本不占用巷道的有效断面,所施工的断面即为净断面,因而在支护设计时,可以相应减少巷道断面,节省大量材料。锚杆支护可以减少巷道维修量,节约维护费用。总之,锚杆支护从支护材料、辅助运输、断面设计和维护费用等方面均可降低成本,经济效益明显。 2 国外锚固技术与理论研究的发展现状 世界主要产煤国家, 近些年来锚杆支护技术发展很快。继几乎全部使用锚杆支护的美国、澳大利亚之后, 英国也迅速赶了上来,经过几年的发展, 锚杆支护在煤矿占了主导地位英国自年从澳大利亚引进技术之后, 到年的锚杆支护比例从年的零上升到以上。目前, 澳、英两国正向国外积极推销他们的锚杆支护技术。印度、印尼、波兰、日本、南非等国都程度不同地予以引进。一向以型钢可缩性支架支护技术著称的德国, 虽然采深大、地压大, 但近年来也在积极探索锚杆支护的可行性。这些事实表明, 巷道锚杆支护技术已成为世界性发展趋势。 2、1 关于锚杆加固围岩的作用机理 美国因其巷道埋深较浅、岩层强度高且地应力比较低,因此倾向于悬吊理论和组合梁(加固岩梁)理论,而英国、澳大利亚巷道以受水平应力影响为主,尤其是澳大利亚相对英国其巷道围岩变形量及最大水平应力更剧烈,一般而言,英国、澳大利亚锚杆支护的设计理论倾向于加固拱(挤压支承拱) 理论。 2、2 关于锚杆加固设计方法 美国目前有两种基本设计方法: 一为经验法,即是建立在以往解决岩层控制的经验基础上的设计方法。该方法的主要缺点是强调了顶板控制问题的本身,而缺乏对引起顶板不稳定的内在原因的注意,即由于顶板条件的不同,经验法并不全都有效。二为理论法,亦称客观法,即是建立在解决顶板支护问题的顶板和岩石力学理论基础上的设计方法。该方法一般是通过公式或者估算确定有关参数,有代表性的是兰和比肖 第22卷 第10期 2005年10月 公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and T ransportation Research and Development V ol 122 N o 110 Oct 12005 文章编号:1002Ο0268(2005)10Ο0040Ο04 收稿日期:2004Ο12Ο13 作者简介:陈育书(1972-),男,广东普宁人,硕士,主要从事高速公路工程建设管理1(ys2000mail @21cn 1com ) 岩土锚固力的确定及应用 陈育书 (广东省高速公路有限公司,广东 广州 510100) 摘要:选定粤赣高速公路有代表性的6种岩层,对其全、强、弱风化层组成的路堑高边坡锚索加固工程进行了69次破坏性拉拔试验。试验中对每种不同风化程度的岩(土)层采用锚固长度为1m 、2m 、3m 的现场拉拔试验,计算出锚索加固边坡的锚固力值,为验证高边坡工程设计提供了准确的力学参数,也为全线高边坡工程的施工工艺提供指导性意见。同时,节省了大量的试验费用和时间,获得了显著的经济效益。关键词:路堑高边坡;预应力锚索;拉拔试验;锚固力;粘结强度中图分类号:U41611+3 文献标识码:A Determination and Application of Rock and Soil Anchoring Force CHEN Yu Οshu (G uangdong Provincival Expressway C ompany LT D ,G uangdong G uangzhou 510100,China ) Abstract :The author presents 69destructive drawing tests for anchor cable rein forcement of high cut slopes which consist of full man 2tlerock ,serious mantlerock and weak mantlerock about 6representative terranes of Y ue Οgan expressway 1It carries through different rotten terranes in Οsitu drawing experiments for the anchoring length of 1m ,2m ,and 3m respectively 1By calculation of anchoring force of slope rein forcement ,it provides the verification of high slope engineering design with accurate mechanical parameters and als o provides the construction technology of high slope engineering with instructive suggestions 1It saves a lot of experiment expenditure and time ,therefore achieving outstanding economic benefits 1 K ey words :High cut slopes ;Prestressing anchor cable ;Drawing experiment ;Anchoring force ;Bonding strength 阿(荣旗)深(圳)国家重点公路上(陵)埔(前)段粤赣高速公路高边坡加固与防护工程即将全面施工,需要提前进行锚固工程现场基本拉拔试验。本项目全线共1361103km ,工程地质复杂,为满足设计与施工的要求,锚索试验以分布广且对工程影响大的软质地层为主。本次试验选择的地层有:(1)花岗闪长岩;(2)花岗岩;(3)变质砂岩(板岩);(4)砂岩;(5)砂泥岩;(6)砂页岩。通过对以上岩层的逐一试验,检算边坡锚索(杆)锚固力设计值是否合理。试验具体位置根据现场情况确定,根据实测成果确定设计锚固段是否需要修正。 1 选择的工点概述 选定的花岗闪长岩地层为K 36+695～K 37+130 右侧路堑高边坡,紧邻S230省道,呈剥蚀丘陵地貌,山顶高程约236m ,坡脚高程约161m ,相对高差75m 。山坡上植被较发育,坡度约20～25°,左侧V 型冲沟流向136°,右侧V 冲沟流向64°,线路平行省道从山坡中部切坡通过。边坡全长约435m ,最大开挖高度3813m ,设计为4级边坡,主要以锚索锚杆加固。 边坡表层为坡残积粉质粘土夹角砾(Q 4 dl +el )褐红色、中密、硬塑、稍湿,质地不均,在515～818m岩土锚固工程中锚固体应力分布的有限元分析
岩土锚固
(完整word版)《岩体支挡与锚固工程》-复习资料
研究岩土锚固工程的力学概念问题分析
岩土工程施工中锚固技术要点分析
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锚杆支护技术的应用现状与发展前景
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