柔性注压锚杆锚固段阻抗摩擦应力分布规律模拟研究
土锚固知识
土锚固技术简介锚杆（Bolt）,在欧洲称“Ground anchor”，在日本称“Earth anchor”,是指构筑在土层或岩石中的锚杆。
它是一种将支挡结构所承受的荷载（例如侧向压力、向上托浮力等）通过拉杆传递到处于稳定地层的一种结构体系，是岩土工程领域中的一个重要分支。
而岩土锚固技术是一种将受拉杆件一端固定（称锚固段）在边坡或地基的土（岩）层中，另一端与工程建筑物相连接，用以支承由于土压力、水压力或风压力所施加于建筑的推力，从而利用地层锚固力以维持建筑物稳定的技术。
使用岩土锚固技术的优点在于：（1）锚杆施工机械及设备的作业空间不大，可以适合各种地形及场地；（2）用锚杆代替钢模撑做侧壁支撑，可以节省大量钢材，还可以改善施工条件；（3）锚杆的设计可由抗拔试验获得，因此可保证设计有足够的安全度；（4）锚杆可采用预应力，以控制基坑等的变形；（5）施工量、噪音和振动均很小。
锚杆支护技术的理论发展至今，成果非常丰富，这可以从收集的大量的国内外岩土锚固的资料文献中看出。
1.锚固技术的发展历史及研究现状综述自1911年美国首次采用岩石锚杆支护矿山巷道起，锚固技术便得到迅速发展，现已普及到世界各国的露天矿边坡加固、地下开采硐室支护、铁路边坡支护、水利水电工程中的坝基加固、高边坡稳定加固及土木建筑工程中的深基坑加固等各个领域。
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。
1957年，法国Bauer公司首先采用土层锚杆，从此，锚固技术不仅限于硬岩，而且也用于土层、风化岩、软岩等。
1969年在墨西哥召开的第七届国际土力学和基础工程会议上，曾把土层锚杆技术作为一个专门的问题来讨论。
70年代，英国在普莱姆斯的核潜艇综合基地干船坞的改建中，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，开挖从地面以下到24m深，锚杆倾角为45°，工作荷载为3000KN。
软弱堆积体隧道注浆范围与锁脚锚杆研究
•岩土工程与地下工程・
第42卷第1
期
软弱堆积体隧道注浆范围与锁脚锚杆研究潘文韬（西南交通大学，
四川成都610031）
【摘要】隧道穿越软弱堆积体会造成开裂掉块等现象因而有必要对软弱堆积体隧道展开研究。文章 通过建立三维软弱堆积体-隧道模型，针对软诙堆积体隧道受力变形特征确定其合适经济的注浆范围，并对
锁脚锚杆在堆积体隧道中的作用展开研究,相关结论如下：围岩变形与塑性区分布主要集中在软弱堆积体
中，拱底处隆起，左右拱肩处产生较大沉降并向上传播至地表，开挖过程的拱顶沉降远大于施工结束时;针对 软弱堆积体隧道的合理注浆范围为6m,继续扩大注浆范围在牺牲经济性的同时将造成拱顶沉降、拱底隆起
以及围岩压应力的反弹;锁脚锚杆能抑制软弱堆积体隧道拱顶沉降及周边收敛。
【关键词
】
堆积体隧道；数值模拟；注浆范围；
锁脚锚杆
【中图分类号】U455.49【文献标志码】A山岭隧道的建设将成为西部山区间沟通的纽带。目前
我国西部正加速交通隧道的建设⑴，
但在山岭隧道洞口段,
由于断层、破碎带等的作用，
会产生土质松散的堆积体
，而将
隧道直接穿越软弱堆积体会造成隧道变形大，漏顶，塌腔掉 块等现象。因而有必要对隧道在洞口段穿越软弱堆积体展
开研究，根据软弱堆积体隧道受力变形特征针对性的确定注 浆范围以及增设锁脚锚杆。
在软弱堆积体隧道受力变形特征研究方面，
严健⑵通过
现场监测提出水平方向围岩成分是影响堆积体隧道围岩支 护结构受力变形的主要因素;咎文博⑶通过有限元分析了堆
积体瞇道围岩支护体系随掌子面开挖的动态过程;谢亦朋⑷ 建立考虑抗拉强度与接触面单元的细观堆积体地层隧道来 探究围岩变形破坏失稳过程。
在注浆范围与锁脚锚杆研究方面,汪煜烽［
5
］利用有限元
软件模拟了不同注浆工况下的渗水机理，得出穿越断层破碎 带的最优注浆参数与范围;王聪［
6
］通过渗流场与应力场耦合
模型对富水瞇道帷幕注浆范围进行比选；
罗彦斌⑷通过现场
实测发现锁脚锚杆受力较大因而发挥较大作用,其锚固效果
(02)岩土锚杆(索)的类型、工作特性及适用条件-12-20
（2）多段扩体型锚杆
扩体型锚杆承载力计算
z 砂性土
z 黏性土
7.全长摩擦型锚杆
（1）缝管锚杆
缝管锚杆结构构造： 1－开缝钢管；2－挡环；3－托板
缝管锚杆外形
缝管锚杆的工作特性
z 使围岩处于三维压缩状态（三向预应力） z 立即提供支护抗力； z 锚固力随时间而增加； z 围岩位移后锚杆仍能保持较高的承载力。
传统的机械固定型锚杆结构
楔缝式锚杆
涨壳式锚杆
南非贝尔公司 涨壳锚杆
法国生产的 涨壳锚杆
机械固定型锚杆特性
z 及时提供支护抗力或预加预应力； z 会在岩层中产生大的应力，对岩层强度要求较 高； z 通常无防腐措施，使用寿命有限； z 加工工艺复杂，成本高于粘结型锚杆； z 对钻机直径、深度控制要求较严。
机械固定与胶结料固定相结合的锚杆
涨壳式中空灌浆锚杆
美国威廉姆斯(williams)生产的涨壳式锚杆结构
威廉姆斯岩石锚杆注浆浆液流动图
杭州图强公司生产的涨壳式中空锚杆结构
涨壳式中空锚杆作用于岩石时能形成压应力区
不同类型低预应力锚杆的性能比较
不同类型低预应力锚杆工作时形成的剪力锥
5、可重复高压灌浆型锚杆
无锚头预应力锚杆的构造 (a)在临时锚墩上对杆体张拉 (b)拆除临时锚头及锚墩后的 锚杆剖面图
荷载从锚杆传递到结构物的方法
(a)常规方法传递；(b)通过凹槽内的锚头传递； (c)通过上（第二）粘结段传递
（1）叶尼塞河sayane-shushensh Hps消力池底 板的预应力锚固
消力池表面粘结锚固的最终的结构型式质量检验： z 锚杆拉力值为1021kN，一年后测定的拉力损失为20％ z 使用几年后，洪水未对消力池表面产生任何影响
(完整版)锚杆支护理论
锚杆支护理论锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。
第一节锚杆支护构件的作用锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。
一、锚杆杆体的作用对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体.这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。
至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。
1、锚杆的抗拉作用锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：式中P—锚杆拉断载荷,N；d—锚杆直径，mm；—锚杆钢材抗拉强度.2、锚杆的抗剪作用锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：式中Q-锚杆剪切载荷,N；d-锚杆直径，mm；—锚杆钢材剪切强度。
二、锚杆托板的作用一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力,充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。
托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用.托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。
对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力,传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使锚杆失去支护作用.托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。
无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零;有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。
三、锚固剂的作用锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。
关于岩土体与锚固体之间摩擦力(粘结强度) 在不同规范﹑规程中应用的若干问题
关于岩土体与锚固体之间摩擦力（粘结强度）在不同规范﹑规程中应用的若干问题1.1岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），在不同的规范﹑规程中有不同的描述：一是极限状态的不同。
二是名称和使用公式的不同，三是涉及到岩和土两种类别。
许多岩土工程师在编写和审查勘察报告时，对这些概念模糊不清，造成参数值取值错误，误导设计人员。
因此对这些规范﹑规程中的岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），有必要进行梳理。
1.2.支护结构设计理念1.2.1设计理念一般有两种：①①是承载能力极限状态（基本组合），指支护结构达到极限承载能力或由于失稳导致支护结构承载能力丧失之前的临界状态。
②②是正常使用极限状态（标准组合），指支护结构土体变形过大或截水措施失败，妨碍地下结构的正常施工或影响基坑周边环境的正常使用之前的临界状态。
1.2.2岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），严格来说，①承载能力极限状态时，应称之为极限粘结强度标准值；②正常使用极限状态时，为粘结强度标准值[（DBJ15-31-2016）称之为摩阻力特征值，或粘结强度特征值]。
这两种名称，在不同的规范﹑规程中并不相同，有时同种规范﹑规程，使用的名称也不一致，这点要特别注意。
1.3名词解释：锚杆（anchor），由置于钻孔内，设置有自由段﹑锚固段，伸入稳定岩土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。
1.4 本文论述的规范﹑规程有：1.国家标准《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）2.行业标准《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）3.广东省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）4.国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）2两种设计理念在各规范规程中的运用2.1《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）P160中，明确说明：锚杆杆体截面积﹑锚固体与地层的锚固长度，锚杆杆体与锚固体的锚固长度由原规范中的概率极限状态设计方法，转换成传统意义的安全系数法计算。
典型锚杆支护巷道含软弱夹层顶板组合梁模型新研究
强度 ， 特别 是峰 后强 度 和残余 强 度 得 到加 强 ， 分 发 充
挥 围岩 的 自承 能力 Ｊ 。笔者 分 析 了软 弱夹 层 位 于
的作 用 。在拱 形 巷 道 中 ， 锚杆 在 锥形 压 缩 区 内产 生
压 应力 ， 加 节理 裂 隙 面或 岩块 间 的摩 擦 阻力 ， 增 防止
岩 块 的转 动 和滑 移 ， 而增 大 了岩体 的黏 聚力 ， 高 从 提 破 碎 岩体 的强 度 并 改 善 了 围岩 的应 力 状 态 ， 岩 体 使
取梁 的横 截 面 为宽 ２ ｌ 高 １ ｑ的长 方 形 ， ０／、 ３ ｌ ｑ ｑ 巷
道埋 深 ８ ０ ｍ， 弱 夹 层 为 破 碎 软 岩 ， 度 ３ ｍ。 ０ 软 厚 ０ｅ
１ 预应 力 围岩 强化 组合梁模型
１５ ９ ２年 德 国 Ｊｃｂｏ等 针 对 层 状 地 层 提 出 了组 ａ ｏｉ
来形成组合梁结 构进行支护 ， 这就 是锚杆 的“ 合 组 梁 ” 用 作 引。
建 立 含软 弱夹 层 的预应 力 围 岩强 化 组合 梁 模 型 时 ， 先考 虑锚 杆 将 直 接 顶 或块 状 结 构 中 不 稳 定 的 首 岩 块 悬 吊在 上 部 稳 固 的岩 层 上 ， 组 合 梁 施 加 竖 直 对 方 向的预 应 力 ， 阻止 岩层 或 岩块 的垮 落 ， 到 了悬 吊 起
软 弱夹 层巷 道锚 杆 支护 的预 应力 围岩 强化组 合梁理 论 。锚 杆 的预 应力越 大 ， 石 的 围压越 大 ， 岩 围岩 强化 作 用越 明显 ， 时锚 杆 的预 应 力 减 小 了梁 的弯 曲挠 度 ， 助 于 防 止 顶板 离层 。借 助 岩 石力 学 的本 构 理 同 有 论 ， 导 出巷 道 预 应力 围岩 强化 组合 梁 的本构 模 型和 本构 方程 ， 一 步分析 了软 弱 夹层 位 于锚 杆 锚 固 区 推 进 内、 杆锚 固 区边 缘 、 杆锚 固 区外 等 ３种条 件 下 的锚 杆 支护 情况 。 锚 锚 关 键词 ： 杆 支护 ； 弱夹 层 ； 锚 软 组合 梁模 型 ； 力学模 型 中图分 类 号 ： Ｄ ５ ． Ｔ ３３ ６ 文 献标 志码 ： Ｂ 文 章编 号 ：０ ８— ４ ５（０ １ ０ ０ ７ ０ １０ ４ ９ ２ １ ）５— ０ ４— ３ 合 梁理 论 ， 为 ： 没 有稳 固岩层 提供 悬 吊支点 的 薄 认 在 层 状 岩层 中 ， 可利 用 锚 杆 的拉 力 将 层 状 岩 层 组 合 起
锚杆无损检测方法简介
锚杆无损检测第一章绪论岩土工程锚固技术，是以喷锚支护为主要技术措施，在岩土体的利用、整治和改造中，有效控制岩土体的稳定性，使之具有服务功能的加固技术的总称，在世界各地的岩土工程中得到了广泛的应用。
1.1岩土锚固技术的发展状况在岩土工程中采用锚固技术，能够充分挖掘岩土能量，调用岩土的自身强度和自承能力，大大减轻结构的自重，节约工程材料，取得显著的经济效果并确保施工安全与工程稳定，因而迅速地得到大范围的推广应用。
1872，首批锚杆在英国北威尔士的一家板岩采石场中投入使用，美国于1911年开始用岩石锚杆支护矿山巷道，1918年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆，1957年西德Buac;公司在深基坑中使用土层锚杆。
目前，国外各类岩石锚杆己达600余种，每年的使用量达.25亿根。
日本土锚的用量已比三年前增加了5倍。
西德、奥地利的地下开挖工程，已把锚杆作为施工中的重要手段，无论硬土层或软土层，几乎没有不使用锚杆的。
我国岩石锚杆起始于50年代后期，当时有京西矿务局安滩煤矿、河北龙烟铁矿、湖南湘潭锰矿等单位使用楔缝式锚杆支护矿山巷道。
进入60年代，我国开始在矿山巷道、铁路隧道及边坡整治工程中大量应用普通砂浆锚杆与喷射混凝土支护。
1964年，梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索。
70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采用土层锚杆维护。
在全国煤矿中，1996年锚杆支护率己达29.1%。
近10年来，北京王府饭店、京城大厦、上海太平洋饭店等一大批深基坑工程以及云南温湾电站边坡整治、吉林丰满电站大坝加固和上海龙华污水处理厂沉淀池抗浮工程等相继大规模地采用预应力锚杆。
举世瞩目的三峡工程双线五级永久船闸的高边坡及薄衬砌墙稳定加固中，预应力锚索和全长粘结锚杆起了主要作用。
1.2锚杆检测技术的发展锚杆锚固工程不但具有复杂性，还具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难。
因此锚杆检测工作是整个锚固工程中不可缺少的环节，只有提高锚杆监测工作的质量和监测评定结果的可靠性，才能真正地确保锚固工程的质量与安全。
锚杆规范
式中
锚固体直径
土体与锚固体间粘结强度值 一般由试验确定 也
可按本规范附录二采用
二 粘性土中端部扩大头型锚杆锚固段长度 图
应由
下式确定
工程建设标准全文信息系统
工程建设标准全文信息系统
式中
单个扩大头的承载力
扩大头直径
扩大头承载力系数 取
土体不排水抗剪强度
d2 d1
图
端部扩大头型锚杆力学计算简图
三 非粘性土中圆柱型锚杆锚固段长度由下式确定
第
条 当采用钢铰线或高强钢丝作锚杆杆体时 杆体
的组装应遵守以下规定
工程建设标准全文信息系统
工程建设标准全文信息系统
一 钢铰线或高强钢丝应除油污 除锈 严格按设计尺寸下
料 每股长度误差不大于
二 钢铰线或高强钢丝应按一定规律平直排列 沿杆体轴线
方向每隔
设置一个隔离架 杆体的保护层不应小于
预应力筋 包括排气管 应捆扎牢固 捆扎材料不宜用镀
应遵守下列规定
一 钻孔宜采用套管护壁 一次将钻孔钻至设计长度
二 钻孔完成后 应立即拔出钻杆 放入预应力筋 随后再
拔出套管
第
条 扩大头型锚杆钻孔还应遵守下列规定
一 端部扩大头可采用机械或爆破扩孔法 爆破扩孔装药量
应根据土层情况 通过试验确定
二 安装锚杆前应测定扩大头的尺寸
第三节 杆体 预应力筋 的组装与安放
12
4
3
圆柱型锚固体锚杆
台座
支挡结构
钻孔
圆柱型锚固体
自由段长度
二次注浆防腐 锚固长度
5
6
7
8
9
Lf La
图
锚具
承压板
二次注浆防腐处理
预应力数控张拉工程锚口摩阻损失测试、摩阻损失试验、锚固回缩量测试
附录六 锚口摩阻损失测试1 试验步骤和方法（1）根据装置布置图2在已浇好的梁段上安装数控千斤顶、锚具（注：不安装工作夹片）。
固定端千斤顶的缸体应预先进油伸长50~100mm ，确保可测试出固定端压力，并在测试完成后，方便张拉和锚固系统的拆除。
（2）张拉设备开机，输入张拉力目标值，并设定分级，分两级，20%和100%并设定持荷时间t （1min~5min ）。
（3）两端同时进油张拉至20%级数，固定端数控千斤顶关闭进出口油管，张拉端数控千斤顶继续进油张拉至张拉力目标值，并持荷到设定时间，采集张拉端数控千斤顶持荷结束时力值读数，同时采集固定端数控千斤顶力值读数；持荷结束后，张拉端数控千斤顶和固定端数控千斤顶同时回油至零。
（4）重复步骤（1）~（3），共进行三次张拉测试，取三次张拉试验的平均值为该锚具的锚口摩阻损失率。
（5）更换锚具，重复步骤（1）~（4），得出第二个锚具的锚口摩阻损失率；取两个锚具的平均值为试验结果。
图2 锚口摩阻损失测试装置图2 数据处理方法（1）第一个锚具三次试验主动端数控千斤顶力值数据分别为，，，固定端数控千斤顶的力值数据分别为，，。
（2）第二个锚具三次试验主动端数控千斤顶力值10s 数据平均值分别为'11P ，'12P ，'13P ，固定端数控千斤顶的力值10s 数据平均值分别为'21P ，'22P ，'23P 。
'''112111'11100%P P P δ−=⨯ '''122212'12100%P P P δ−=⨯ '''132313'13100%P P P δ−=⨯11P 12P 13P 21P 22P 23P 11211111100%P P P δ−=⨯12221212100%P P P δ−=⨯132********%P P P δ−=⨯11121313δδδδ++=''''11121313δδδδ++=则锚口摩阻损失'1112δδδ+=3 参数设定输入参数：（1）梁编号，预应力筋编号；（2）张拉目标值，张拉分级及持荷时间t （1min~5min ）； 采集参数：（1）第一个锚具三次试验主动端数控千斤顶力值数据分别为，，，固定端数控千斤顶的力值数据分别为，，；（2）第二个锚具三次试验主动端数控千斤顶力值数据分别为'11P ，'12P ，'13P ，固定端数控千斤顶的力值数据分别为'21P ，'22P ，'23P 。
框架锚杆支护结构模型研究
框架锚杆支护结构模型研究摘要：挡土墙是防止土体坍塌的土工构筑物，在建筑工程、水利工程、铁路和公路工程的土坡支护中得到广泛地应用。
挡土墙一旦破坏，不仅严重影响本身的正常使用和功能的发挥，还会引起边坡的失稳。
挡土结构的震害表明，当挡土墙的破坏时，往往会造成道路受损，桥梁破坏，甚至阻断交通。
因而挡土墙在地震作用下的动土压力的研究对挡土墙的抗震设计具有至关重要的作用。
关键词：框架锚杆；支挡结构；土压力；滑动面；空间刚度；稳定性；内摩擦力；锚固力1引言框架锚杆支护结构是最近几年随着支护结构的发展而被提出的一种新型支护结构。
它由框架、挡土板、锚杆和墙后土体组成，属于轻型挡土结构。
挡土板的作用是挡土，它与一系列间距相等的框架刚性连接而成为连续板;框架的作用是其立柱为挡土板的支座，横梁将两侧的挡土板连接成整体保持挡土墙的稳定;锚杆的外端与框架连接，内端锚固在土体中，挡土板所受的土压力通过锚头传至钢拉杆，再由拉杆周边砂浆握裹力传递至水泥砂浆中，然后再通过锚固段周边地层的摩擦力传递到锚固区的稳定地层中，以承受土压力或水压力对结构所施加的压力，从而利用地层深处的锚固力。
另外，框架与锚杆构成空间框架，协同钢筋混凝土挡土板一起共同承担基坑或山体的土压力，即墙后土体产生的土压力通过框架横梁和立柱传给锚杆。
事实上，在框架预应力锚杆支护结构中，锚杆在一定的锚固区域内形成压应力带，通过框架挡墙及挡土板形成压力面，从根本上改善土体的力学性能，变传统支护结构的被动挡护为充分利用土体本身自稳能力的主动挡护，有效地控制了土体位移，随边坡向外破坏力的增大，支护力随之增大，直至超出极限平衡而破坏，支护力随锚杆的拔出逐步减弱，形成柔性支护结构。
2框架锚杆柔性支护结构的作用机理对边坡工程而言，就支护结构受力特点来划分，常见的支护结构类型有三类：(l)被动受力支护结构:其特点为支护结构依靠自身的结构刚度和强度被动地承受土压力，限制土体的变形，从而达到保持边坡安全稳定的要求。
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摩擦 及坎嵌 变形 的存 在 ， 旦锚 头端 作用 有拉 拔荷 载 ， 一 靠
近 锚 杆 盲 端 的 围 岩 就 会 对 锚 杆 产 生 阻 抗 拉 拔 力 。该 阻 抗
图 １ 锚 杆 结 构 示意 图
Ｅｍａｌｚ ６ ０ ＠ １ ６ ｃ ｒ ｉ：ｘｌ ５ ３ ２ ．ｏ ｎ
７ ６
青岛大学学报（ 程技术版 ） 工
第 ２ ５卷
围 岩 结 构 的 对 称 性 ， 可 取 四 分 之 一 建 立 几 何 故
模 型 ， 图 ３所 示 。 如 ２ ２ 边 界 条 件 与 加 载 ．
在 图 ３所 示 的 直 角 坐 标 系 Ｏ ｙ ｘ ｚ中 ， 标 坐 原 点 ０ 为 锚 杆 右 端 （ 端 ） 面 中 心 ； 轴 为 锚 盲 截
拉拔力 的极 限值 与 围岩 、 杆 间摩擦 系数 及挤 压力 等有 关 。 只 有 当 拉 拔 荷 载 大 于 该 极 限 阻 抗 拉 拔 力 时 ， 杆 锚 锚
才会被 拉 出锚孔 。
２ 柔 性 注 压 锚 杆 有 限 元 模 型
２ １ 几 何 模 型 ．
柔性 注压 锚杆 杆体 横截 面示 意 图见 图 ２ ａ所 示 ， 便 于 计 算 ， 其 简 化 成 如 图 ２ 为 将 ｂ所 示 。 锚 杆 工 作 时 ， 锚 杆 锚 固 段 的 长 度 为 Ｌ； 便 于 进 行 锚 杆 与 围 岩 的 接 触 滑 动 计 算 ， 围 岩 （ 杆 ） 向 长 设 为 取 锚 轴
杆轴 向 ， 轴 为水 平 方 向， ３ ２ Ｙ轴 为 垂 直方 向 ； ｚ
柔 性 注 压 锚 杆 是 将 外 径 略 小 于 锚 孔 内径 的锚 杆 插 入 围 岩 锚 孔 ， 过 锚 头 注 入 内压 ， 杆 将 径 向膨 胀 而 塞 满 锚 通 锚
螺 母 锚 盘
密 封结 构
空 腔 锚 杆体 围 岩
盲 端
孑， Ｌ 杆体 与 围岩产生 相互 挤压 力 ， 杆 表现 为主 动挤压 围 锚
以及实 验都 比较 困难 。本文 通过 建立 力学 模 型 ， 用有 限元 方法 ， 拟研究 柔性 注压 锚杆锚 固段 阻抗 摩擦 应力 模
的 分 布 规 律 ， 该 新 型 锚 杆 的 设 计 、 造 、 用 以 及 该 类 锚 杆 锚 固理 论 的建 立 提 供 依 据 。 为 制 使
１ 柔 性 注 压 锚 杆 的 工 作 原 理
柔 性 注 压 锚 杆 锚 固段 阻 抗 摩擦 应 力 分布 规 律 模 拟 研 究
张 选 利 １ ，路 洪 丽 ， ２ ，王 永 岩
（． 青 岛科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ； １ ６ ０ １ ２ ．辽 宁 工 程 技 术 大 学 力 学 与 工 程 科 学 系 ，辽 宁 阜 新 １ ３ ０ ） ２ ０ ０ 摘 要 ： 对 柔 性 注 压 锚 杆 解 析 及 实 验 比 较 困难 ， 用 有 限 元 方 法 ， 拟 研 究 其 锚 固 段 阻 抗 针 采 模
摩 擦应 力 的分布规 律 。数值 模 拟显示 ： 沿锚 杆 环 向呈 近 似正 弦 或 余 弦 函数 的循 环 分 布形 态； 沿锚 杆轴 向应 力分 布可 划分 成波 浪段 、 台段 以及 突 降段 ３个 阶段 。柔 性 注压锚 杆锚 平
固段最 大阻抗 摩擦 应力 沿轴 向分 布近 似是 均匀 的 ， 实现 真正 的全 长锚 固 。 可 关 键 词 ： 性 注 压 锚 杆 ；有 限 元 分 析 ；阻 抗 摩 擦 应 力 ； 布 规 律 柔 分
第 ２ ５卷 第 ３期
２ ０ １ ０ 年 ９ 月
青 岛大 学 学 报 （ 程 技 术 版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ （ Ｉ Ｅ＆Ｔ）
Ｖ ０ｌ２５ Ｎ Ｏ １ ．３
Ｓｅ ｐ． ２ ０ １ ０
ห้องสมุดไป่ตู้
文章 编 号 ： ０ ６—９ ９ （ ０ ０ ０ １０ ７ ８ ２ １ ） ３—０ ７ ０ ５—０ ５
度 为 Ｌ＋ ， 中 取 ２ ～ ３ 其 ０ ０ｍｍ； 据圣 维南 原理 ， 根 围岩 （ 杆） 向尺 寸取 大于 ４倍锚 孔 内径 。 由于锚 杆与 锚 横
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０— ４—１ ５ 作 者简 介 ：张 选 利 （ ９ ５ ） 男 ， １ ６ 一 ， 山东 莱 西 人 ， 教 授 ， 士 ， 要从 事 岩石 力 学 、 值 计 算 与 分 析 方 面 的教 学 与研 究 工 作 。 副 博 主 数
挤压 ， 而使 围岩 处 于稳定 状 态 ， 提高 巷道 的稳 定性 。 目前 ， 柔性 注压 锚杆 的研 究 ＿ 主要 集 中在锚 杆 制造 、 对 ３ ］
结 构 参 数 选 定 、 拔 失 效 试 验 及 锚 杆 应 力 理 论 推 导 等 方 面 。但 由 于 柔 性 注 压 锚 杆 结 构 的 复 杂 性 ， 解 析 方 法 拉 其
中 图 分 类 号 ：ＴＤ３ ３。 ６ ５ 。． 文 献 标 识 码 ：Ａ
近年来 ， 岩土工 程 中使用 的岩 土锚 杆 的品种 不断 增 多 ， 艺 也在 不 断变 革 。柔 性 注压 锚 杆口。 是 其 一 工 ’就 种结 构 和锚 固机理新 颖 的全长 锚 固锚杆 ， 它采 用 高弹性 高分 子材料 做 成空腔 锚杆 体 ， 通过钢 丝或 纤维 等线性
材 料 对 杆 体 纵 向 增 强 ， 过 有 限 伸 长 高 强 纤 维 带 等 对 杆 体 环 向增 强 。在 内注 压 力 的 作 用 下 ， 杆 可 实 现 较 大 通 锚 的 整 体 径 向 变 形 而 几 乎 不 发 生 杆 体 纵 向 变 形 ， 过 杆 体 对 周 围 围岩 施 加 合 理 的 径 向压 力 ， 通 即对 围 岩 产 生 主 动