中国矿业大学力学与建筑工程学院岩土加固技术复习思考题一、名词解释1.锚杆：工程上的受拉杆件锚固：锚杆所起的作用锚固力：单根锚杆锚固在岩土中的牢固程度,常常用锚固力来表示,一般采用锚杆的拉拔实验来确定锚杆的锚固力,有时也把锚固作用称为锚固力;锚固技术：是采用锚杆或以锚杆为主,结合其他方法,用以岩土加固,或作为岩土工程支护手段的岩土体加固和支护技术的总称;2. 注浆：又称为灌浆,是利用压力降能固化的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或构筑物的裂隙中,使岩土体或构筑物的物理力学性能得到改善的一种方法;渗透注浆：是使浆液渗透扩散到土粒间的孔隙中,凝固后达到土体加固和止水的目的; 压密注浆：是注入极稠的浆液,形成球形或圆柱体浆泡,压密周围土体,使土体产生塑性变形,但不使土体产生劈裂破坏;劈裂注浆：是在较高的注浆压力下,把浆液注入到渗透性小的土层中,浆液扩散呈脉络分布;3. 锚注支护技术：锚杆和喷射混凝土常在一起使用,称为锚喷支护,锚喷和注浆的联合的一种较好的支护形式;4. 土钉：用来加固和同时锚固现场原位土体的细长杆件;土钉墙：一种原位土体加筋技术,土钉加固常和喷射混凝土一起使用,由被加固土体、土钉和面层组成5. 预应力锚索支护技术：通过对锚索体的张拉,形成对周围材料的压力作用以提高岩土体抗破坏能力；同时,当岩土体有可能出现拉应力时被这部分压力作用所抵消,可以减少岩土体内的拉应力的一种支护技术;6. 超前支护:是指对尚未开挖的岩土体进行预支护,预防其在开挖时的冒落或塌落;超前锚杆预支护技术：在工作面向前方布置倾斜式锚杆,使锚杆伸到即将要开挖的部分,在开挖前对这部分围岩进行支护,预防其在在开挖时的冒落或塌落的支护技术;小导管注浆超前支护：是指采用锚注的形式进行超前支护,可将破碎的围岩固结和锚固成一个整体,从而显着提高围岩的自承载能力;管棚式超前支护技术: 管棚法是沿开挖轮廓周线,钻设与隧道轴线平行的钻孔,而后插入不同直径的钢管,并向管内注浆,固结管周边的围岩,并在预定的范围内形成棚架的支护体系;7. 张拉型锚索：锚索体所施加的预应力对砂浆、水泥浆或树脂固结体产生张拉力作用;从而对围岩实施主动支护作用;压力型锚索：通过锚索底部的端部压板对浆液固结体的压力实现预应力,从而产生对围岩的约束作用;荷载分散型锚索：考虑到预应力作用的过分集中对固结体以及岩土体受力的不利,采用在锚索孔长度上将锚索预应力分散,这样就形成了荷载分散型锚索;8. 预应力锚索抗滑桩技术：在抗滑桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩顶位移,使抗滑桩的受力更合理,大幅度减少桩身内力、桩的横截面及埋深的技术; 9. 超细水泥浆液：由极细的水泥浆颗粒组成,其平均粒径为4微米,最大粒径约等于10微米,比表面积在8000cm2/g以上;无机注浆材料：包括单液水泥类、水泥—水玻璃类、粘土类、水玻璃类、水泥粘土类等有机注浆材料：包括丙烯酰胺类、木质素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、聚乙烯醇类、甲基丙烯酸甲酯类、丙烯酸盐类等;10.牛顿型浆液：牛顿流体是指流变曲线是通过原点的直线的粘性流体;宾汉姆型浆液：宾汉姆流体是指流变曲线不通过原点的直线的塑性流体;11. 高压喷射注浆技术：利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后,用高压泥浆泵等高压发生装置,通过安装在钻杆杆端置于孔底的特殊喷嘴,向周围土体高压喷射固化浆液,同时钻杆以一定的速度边旋转边提升,高压射流使一定范围内的土体结构破坏,并强制与固化浆液混合,凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体;12.深桩与浅桩：当桩的埋入深度超过反弯点深度a时,是深埋桩；反之,浅埋桩;13.全长锚固：锚杆的约束作用主要由锚杆或粘结材料的剪切应力提供;端头锚固：锚杆受拉对岩石产生约束作用;14.预应力损失：由于预应力混凝土生产工艺和材料的固有特性等原因,预应力筋的应力值从张拉锚固直到构件安装使用的整个过程中不断降低,这种降低的应力值,称为预应力损失;15.花管注浆：在注浆管前端的一段管上打许多直径2~5mm小孔,使浆液从小孔水平地喷到地层里;16.三重管旋喷注浆法：三管旋喷法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管;二、简答1．简要介绍岩土注浆技术的应用范围;注浆法在土木工程的各个领域中,特别是在水电工程、井巷工程中得到了广泛的应用,已成为不可缺少的施工方法;它的应用主要有以下几个方面：①建筑物地基的加固——提高地基承载力,提高桩基承载力；②土坡稳定件加固——提高土体抗滑能力；③挡土墙后土体的加固——增加土的抗剪能力,减小土压力；④已有建筑混凝土裂缝缺陷的修补一一混凝土构筑物补强；⑤坝基的加固及防渗——提高岩土体密实度,改善其力学性能,减小透水性,增强抗渗能力；⑥地下构筑物的止水及加固——增强土体的抗剪能力,减小透水性；⑦井巷工程中的加固及止水——改善巷道围岩的物理力学特性；⑧裂隙岩体的止水和破碎岩体的补强——提高岩体整体性；⑨动力基础的抗震加固——提高地基土抗震能力;2．说明边坡工程稳定性分析方法与步骤;方法：稳定性安全系数的方法①平面单滑面滑动破坏稳定性分析②多滑块平面滑动稳定性分析③圆弧形滑面稳定性分析：瑞典条分法、毕肖普法步骤：见题63．说明岩土支挡结构的稳定性分析方法;影响岩土边坡稳定性的因素：主要有岩土性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震、地应力、地形地貌和人为因素;确定埋置深度是支挡结构稳定性计算的关键浅埋桩：认为埋入端头是固定铰接;深埋桩：采用等值梁计算,认为作用在桩上的水平力处于平衡状态;挡土墙：与土坡稳定计算方法相同,采用稳定安全系数的方法;挡土墙的稳定性主要从以下三个方面评价：①作用在挡土墙上抗倾覆力矩与致倾覆力矩之比≥；②作用在挡土墙底面的抗滑力与滑动力之比≥；③挡土墙下卧地层应满足地基承载力要求;4．简要说明锚杆支护材料的主要类型与发展状况;P30锚杆支护材料主要有杆体、固结机构或粘结材料、托盘、螺帽等;常用的杆体材料主要是各种钢筋,包括圆钢、螺纹钢和专用钢材;国内煤矿还采用经济的竹、木锚杆;单向左旋无纵筋螺纹钢粘结材料：水泥质粘结材料和树脂类粘结材料;4．简要介绍锚杆支护的最大水平应力理论;P401最大水平应力理论的基本观点：最大水平应力理论认为,矿井岩层的水平应力通常是大于垂直应力即水平应力为最大主应力;因此,锚杆支护应考虑水平应力的影响;水平应力对巷道稳定影响有三种情况,即最大水平应力和巷道走向平行、垂直和斜交;以平行状况为最佳对稳定影响最小,对顶、底板的稳定状况最有利;以垂直状况最不利;在斜交时对巷道的破坏往往在先进人新岩层的一帮;最大水平应力理论还认为,由于最大水平应力基本沿层理方向,岩层容易出现水平错动和离层,以及沿轴向的岩层膨胀巷道两帮收缩;于是锚杆起到约束离层和抑制岩层膨胀的作用;2最大水平应力理论的认识和分析：最大水平应力理论反映了地应力测量的基本情况;世界实测统计结果是：竖直应力基本符合重力值,水平应力在深于150 m以后有许多超过竖直应力；而在3000 m以后将趋近于1,变化点在800 m左右;无论矩形或拱形巷道,开挖以后的顶板主应力均发生主应力转向水平的情况;因此,从力学原理讲,巷道的布置应顺着最大水平应力方向;3缺点：①“最大水平应力”仅仅是地应力的赋存特点,和锚杆的本质没有联系；②原岩应力尽管水平占多数,但由于锚杆施工是在巷道开挖之后,而对于巷道开挖之后的怨言而言,是否以水平应力为主,该理论并没有说明；③除顶板外,实际也可能与之不符；④锚杆的作用在理论中没有充分说明；⑤影响锚杆支护成功的因素很多,绝非支护理论的正确与否所完全决定的;6．说明锚杆支护设计的主要方法及需要确定的主要参数;方法：工程类比法经验法、分析法有限元法对于浅埋隧道工程：由太沙基公式计算荷载高度;通过荷载高度可以确定锚杆的工作长度,以及按悬吊理论计算锚杆荷载锚固力,然后是其他锚杆参数;对于矿山巷道工程：通常采用工程类比法确定锚固力、锚杆长度和间排距等参数,然后可以用其他一些方法核算、修正;最后设计锚杆的具体细节;对于基坑或边坡工程：边坡工程的设计计算首先要确定可能的滑动面位置,然后比较滑动力和抗滑力或者滑动力矩与抗滑力矩,通过锚杆提供的抗剪力、抗滑力矩使设计满足稳定性参数;参数：锚杆长度,锚杆直径,锚杆间排距,岩石性质参数、地应力参数、巷道几何参数7．说明锚注加固结构概念及其支护机理;锚喷和注浆的联合;支护机理：①采用内注浆锚杆注浆,可以利用浆液封堵围岩裂隙,隔绝空气,防止围岩风化,且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度；②注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体,提高了岩体强度,实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；且与原岩形成一个整体,在动压作用下其震动频率与原岩一致而不易产生破坏；③注浆后使得喷层壁后充填密实,保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上,避免出现应力集中点而首先破坏；④利用内注浆锚杆注浆充填围岩裂隙,配合锚喷支护,可以形成一个多层有效组合拱结构,即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱,从而扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力；⑤注浆后使得作用在拱顶上的压力能有效地传递到两墙,通过对墙的加固,又能把荷载传递到底板；同时由于组合拱厚度的加大,又能减小作用在底板上的荷载集中度,从而减小底板岩石中的应力,减弱底板的塑性变形,减轻底股；且底板的稳定,有助于两墙的稳定;在底板及两墙稳定的情况下,又能保持拱顶的稳定；⑥注浆加固后能使普通端锚锚杆实现全长锚固,从而提高了锚杆的锚固力和可靠性,保证了支护结构的稳定；且内注浆锚杆本身亦为全长锚固锚杆,它们共同将多层组合拱联成一个整体,共同承载,提高了支护结构的整体性；⑦注浆使得支护结构的断面尺寸加大,这样围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩减小,降低了支护结构中产生的拉应力和压应力;因此,支护结构能承受更大的荷载,从而提高了支护结构的承载能力,扩大了支护结构的适应性;8．说明土钉支护的组成及其作用;土钉支护结构包括土体内的杆体土钉、面层结构和排防水系统三部分组成;土钉在整个复合结构中扮演主要角色,它可以增加复合体的抗拉、抗剪能力,可以阻止、推迟和延缓土体的塑性流动和滑塌;面层喷射混凝土与网可使分布在土体中的土钉共同作用,一旦局部一个或几个土钉达到了极限状态,则推力可以通过面层转移到其余土钉上去,限制坡面膨胀和局部塌落,保持坡面的完整性,起护坡作用,如防止降雨的冲刷等;土钉加固常常要求配设排水设施,以避免地表水的渗流造成对喷混凝土的动水压力,或因为在土钉加固区域内形成饱和土而降低土体强度与土和土钉的结合力;9．说明土钉支护加固的基本原理;①土钉加固后可提高土体强度②土钉和面层结构形成新的挡墙结构,可以提供更高的承载能力③使土体处于三向应力状态10．说明土钉加固作用的主要特点;①土钉是一种被动支护②土钉施工几乎和土坑开挖同步进行③布置比较密集④辅有面板结构⑤适应性强,适用面宽⑥施工工艺简单,对土层扰动小,成本低11．说明土钉加固结构的破坏形式;①加固体内的整体失稳破坏②加固体外失稳破坏③局部破坏④面层超量变形12．说明土钉加固设计与验算的基本内容;1土钉墙体稳定计算土钉墙抗滑稳定性验算；土钉墙抗倾覆稳定性验算；土钉墙底部地基承载能力验算;2土钉加固体内部稳定性验算最危险滑动面滑动验算；土钉自身强度验算；面板喷混凝土强度验算;3土钉加固结构设计的主要参数确定需要采用土钉加固的基坑大小或土坡范围；确定土钉加固分段施工高度；土钉的布置和间距与方位倾角；确定土钉钢筋种类、长度、直径和其它结构内容；设计喷射混凝土和网或其它面板结构以及坡顶防护；其它防护水措施;13．简要说明土钉施工顺序;土钉的施工顺序:挖坡到设计的阶段高度,喷混凝土覆盖开挖坡面,钻孔并安设土钉,根据土钉要求进行注浆,挂网,再喷混凝土到设计厚度,继续下挖重复上述工序并到设计深度;因此,土钉墙的施工包括以下几个方面：①工作面的开挖②钢筋网喷射混凝土面层③安设土钉④土钉及其防腐⑤边坡表面处理⑥量测和检测14．说明预应力锚索按锚固部分的受力状态可划分为几种类型,并说明其主要特点;P75 张拉型,压力型,载荷分散型拉力分散型、压力分散型、剪力分散型、拉压交叉分散型张拉型锚索：结构简单,造价低;施工简单,全长粘结式的锚索锚头失效后仍可保持预应力的作用;张拉型锚索靠锚索体对固结体的张拉作用实现锚固,因此容易在自由段与粘结段界面出现应力集中使锚索与固结材料发生开裂,甚至会由此而导致整体锚索失效;压力型锚索：一方面压力型锚索的拉力是通过锚索底部的端部压板对浆液固结体的压力实现预应力,从而产生对围岩的约束作用；另一方面压力线锚索的自由段套管一直延伸到端部压板附近;受力状况要比拉力型更好,工作更可靠;这种结构可以一次完成全部长度的灌浆;载荷分散型锚索：对于一些裂隙发育或土质松软的地层非常有利,可以避免固结体以及岩土体强度不足而造成的破裂,同时,还可以减小加固范围内的岩土体因受预应力作用而引起的不均匀变形;15．说明预应力锚索支护与普通锚杆支护的主要区别;主要区别在于：预应力锚索支护与加固是一种真正意义上的主动作用,它靠预应力提供的高抗滑动阻力以实现岩土体的稳定；而普通锚杆支护主要是由岩土体变形而被动地引起锚杆的约束作用实现岩土体稳定;因此,预应力锚索支护性能明显优于普通锚杆支护;预应力锚索与普通锚杆的区别：①因为要施加高预应力,所以锚索在全长范围内要区分锚固段和自由段;②锚索承受的载荷预应力更大达几万干牛,因此,锚索体通常采用高强高性能材料,同时对锚固力的要求也更大、更可靠,一般锚固段采用较长段弱的岩石中,要求2m以上,土中不超过10 m的固结,并且通常是全长灌浆;③锚索加固工程一般规模相对较大锚索长度达数十米到百米；锚索加固工程的服务寿命也相对较长,因此,在锚索结构中要求考虑锚索的防腐蚀问题;④为了向岩土体内传递比较高的载荷作用,在锚头部位一般设有专门的墩座;⑤为保证锚索或预应力锚杆在锚孔中受力合理,要使其在长度范围内能对中就位,因此,在锚索上设有对中支架;⑥由于锚索施工规模相对比较大,预应力和承载力高,预应力施加要求严格,因此施工机具和施工质量要求要有比较可靠的保证;16.说明预应力锚索作用的基本原理及主要破坏形式;基本原理：通过对锚索体的张拉,形成对周围材料岩土体或地层的压力作用以提高岩土体包括可能出现的滑动面上抗破坏能力；同时,当岩土体有可能出现拉应力时被这部分压力作用所抵消,可以减少岩土体内的拉应力;因此,岩土体处于预应力作用状态将大大提高岩土体的强度值;破坏形式：①锚索体与注浆固结体之间的剪切或拉伸破坏;主要指锚索与固结体之间因为粘结强度不够,或者粘结界面处应力过于集中面造成的;②注浆固结体与岩土界面之间的剪切破坏;在软弱地层中由于其强度不够或者应力集中过于严重,使固结体与地层界面发生脱离,并经常是伴随有岩土体局部破碎和塌落;这种破坏要考虑岩土的抗剪强度;③地层在预应力或地层载荷作用下的剪切破坏;在预应力或地层载荷作用下出现有锚固段附近地层的锥状剪切漏斗式的破裂;这种破坏一般是由于锚固深度不够,岩土地层的抗拉拔能力不足而形成的拔出漏斗式破坏;④体材料的断裂破坏;索体断裂情况比较复杂;大致可能分为两种情况,一种是锚索材料强度不足造成的加采用的索体材料强度偏低、地层压力或地层变形过大、索体受损等；另一种可能是预应力过高造成的;过高的预应力使地层受力作用和锚索内的应力不协调,从而造成锚索在工作过程中发生断裂破坏;⑤固结浆体在锚索的拉力或压力作用下破坏;因锚固段固结浆体的强度低,或是因为在后续的地层压力作用下引起较高应力集中,从而使固结浆体形成拉或压破裂;⑥岩土体的整体破坏;由于整体支护能力不够,出现锚索群的破坏,使岩土体在较大范围内失稳;17．说明预应力锚索设计的基本内容与方法;P83锚索设计的基本内容有:锚固力大小和预应力值,固结长度和锚索整体长度锚固深度与锚索自由段长度,索体材料的确定及其构成和相应的截面积、锚头设计等;方法：锚固力大小可以由两种方法来确定：一种是类似土钉的设计方法,根据地层滑动的最小稳定性系数,比较所需要的稳定性系数,通过锚索的锚固力来实现地层稳定并满足设计要求所需要的稳定性系数；另一种是采用工程类比法确定;18．简要说明预应力锚索施工的主要程序与要求;预应力锚索施工的基本程序包括：造孔、编束、锚索安装、注浆固结、张拉、锚头固结和防护等;①对钻孔的质量要求主要是保证长度、孔径、孔的角度和轴线的偏差;②编束的方法,则随锚束断面的型式不同而各异;锚固段与锚头的制作,更是随锚束的不同类型而各不相同;③锚索安设的主要质量间题是应保持锚索在锚孔中的平直、均匀,特别是在自由段和固结段之间不应有严重的弯曲;④注浆浆液性质的基本要求是浆液的强度和稠度,即水灰比;⑤预应力张拉要在注浆固结体具有足够强度30 MPa后才可进行;张拉施工应尽量采用单根对称〔钢纹线锚索、分级逐步施加、慢加载的方法;⑥索体材料的防护和临时性防护包括在索体上加金属镀层、涂有机质涂料、改变周围介质性能等,而永久性防护则以水泥封灌为主口;19．说明预应力锚索支护结构预应力损失的原因;①张拉过程的损失②锁定过程的损失③松弛和徐变造成的损失④其他因素：材质变化锈蚀、环境因素温度、介质受震动或冲击、载荷因素外荷载变化、盈应力调整等20．说明超前锚杆和小导管注浆技术的适用条件及施工工艺要求;P94小导管注浆方法主要适用于：自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩和严重偏压、砂层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧道;对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用,效果明显;小导管施工工艺：a.布孔;根据小导管的施工设计和开挖断面的中线,对拱顶外轮廓线中心高程和支距进行布孔放样,并以插钎作为标记控制小导管的间距;b.成孔;首先架设方向架,确定打孔方向、位置和仰角,然后依据不同地质条件,采用不同成孔设备打孔:一般砂层可用20 mm管以压力风吹孔;粉细砂、亚粘土可采用风镐推进导管;粘土层可采用煤电钻钻孔;在土夹石、风化岩可使用液压或风枪打眼成孔;孔方向要求顺直,不得弯曲和塌孔等;c.插管;安设小导管时应对准管孔的方向和角度,必要时使液压或风动推进器将导管推人,并力求导管尾端在同一剖面且外露长度以30 cm为宜;d.封口;喷混凝土5~8cm厚度,对管尾周围应加强封闭;21．说明管棚式支护适用条件及设计要求;P97管棚超前支护特别适用于在工程下方进行工程施工的情况,主要包括下属场合：①作为公路、铁路下方修建隧道的辅助工法；②作为在地中及地下结构物下方修建隧道的辅助工法；③作为修建大断面隧道施工的辅助工法；④作为隧道洞口段施工的辅助工法；⑤作为其他施工的辅助工法,如托底、盾构基地防护等;管棚施工设计步骤是结合地层和结构外形情况先确定布置外形,计算承受总压力,设计管棚长度,然后结合管径按强度计算间距管棚数量,并用稳定性挠度验证;22．说明预应力锚索抗滑桩技术的适用条件及技术特点;适用条件：防治高边坡滑坡的过程中,以及在建筑物可能发生滑动时,采用抗滑桩技术来加固边坡,实现边坡的稳定;技术特点：抗滑桩技术具有抗滑能力强,开挖和混凝土工程量小,且不会恶化原有的地质条件,桩位设置灵活,对保证工程质量,加快施工进度,缩短工期和节约投资均具有显着作用;23．简要说明岩土注浆对注浆材料的主要要求;1浆液的初始黏度要低、流动性好、可注性强,能渗透到细小的裂隙或孔隙内；2凝胶时间可以在几秒至数小时范围内任意调整,并能准确控制；3稳定性好,在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质,存放不受温度、湿度变化的影响；4无毒、无臭,不污染环境,对人体无害,属非易燃和易爆品；5浆液对注浆设备、管路、混凝土结构物等无腐蚀性,并容易清洗；6浆液固化时无收缩现象,固化后与岩土体和混凝土等有一定的粘结力；7结石体具有一定的抗压、抗拉强度,抗渗性好,抗冲刷及耐老化性能好；8材料来源丰富,价格便宜；9配制方便,操作简单;24．说明水泥类浆液的主要特点和发展趋势;特点：水泥浆材结石体强度高,造价低廉,材料来源丰富,浆液配制方便,操作简单,是。
