锚索应力分布规律研究及应用

有限元数值模拟法研究预应力锚索锚固段应力分布规律摘要：岩土锚固在岩土工程领域占有重要地位。

锚固技术包括锚杆、锚喷、锚喷网等多种支护形式。

预应力锚固技术是将锚杆穿过岩土体潜在的滑裂面后打入岩土体中稳定的部分加以固定，并在杆头处施加一定的张拉力，使滑动土体和稳定岩土体形成一个统一的整体。

预应力锚固技术充分地利用了岩土体本身的强度和稳定能力, 经济安全有效，施工方便，可控性较好，被广泛应用于岩土工程支护领域。

关键词：预应力锚固技术；应力分布；迈达引言近年来，岩土锚固技术被大量应用于边坡整治和加固工程中，在很大程度上取代了传统的重力式挡土墙或砂浆和岩石挡土墙；在相当数量的深基坑支挡结构中，代替了原有的水平横撑；在几乎所有的采矿工程，在地下空间的分布挖掘建设，以及木制临时支护结构的支撑中得到了应用。

在其他领域，如深基坑工程，加固大坝工程，结构工程的抗浮，高速公路拓宽工程，地震工程，以及悬索桥锚固等，锚固技术均充分发挥其技术优势。

1.预应力锚固技术的发展锚杆支护是以锚杆为主体的支护结构的总称，它包括锚杆、锚喷、锚喷网等多种支护形式。

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，依赖锚固体与土体之间的摩擦力，拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆自身强度共同作用来承受作用于支护结构上的荷载。

锚固支护技术始于国外。

英国采矿专家受到钉子能钉牢层状木板的启示，发明了用锚杆控制岩层稳定性的支护技术。

当前，我国的预应力锚固技术理论的研究主要集中在锚固段的受力及其传递机理、锚束体与注浆体及注浆体与周围岩土层的粘结应力及其分布、单孔复合锚固技术的研究、锚索本身的使用寿命及使用的长期性等方面。

我国当前的预应力锚固技术的研究和应用已经达到了一个较高的水平。

2.当前预应力锚固技术存在的问题1）理论研究明显滞后于工程应用，理论计算的假定较多，不同学者之间假定方式不同，没有形成比较统一的认定，在实际的工程设计中仍须运用多种方法相互印证；并且工程计算还是以传统的理论公式为主，安全系数相对较大，导致工程造价高，材料浪费。

岩质边坡预应力锚杆（索）应力分布规律及工程应
用研究的开题报告
摘要：
岩质边坡的稳定性是岩土工程中的一个重要问题，而预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施得到了广泛应用。

本文主要针对岩质边坡预应力锚杆（索）的应力分布规律及其工程应用进行研究。

在文献综述部分，我们首先介绍了国内外相关学者在岩质边坡稳定性和预应力锚杆（索）方面的研究现状和进展。

通过对相关研究的归纳总结，我们得出结论：预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施，其应力分布规律对于岩质边坡的稳定性具有重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。

接着，我们介绍了本文的研究内容和研究方法，主要包括岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）应力分布规律分析。

在稳定性分析中，我们采用了有限元方法，对岩质边坡在不同边坡角度和不同荷载情况下的稳定性进行了分析；在应力分布规律分析中，我们通过数值模拟和理论分析的方法，研究了预应力锚杆（索）在岩体内的应力分布规律。

最后，我们提出了本文的研究意义和研究目标。

本研究旨在通过对预应力锚杆（索）应力分布规律的研究，为岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）设计提供理论基础和实践指导，以提高预应力锚杆（索）在岩质边坡加固中的应用效果。

关键词：岩质边坡；预应力锚杆（索）；稳定性；应力分布规律；有限元方法；数值模拟。

拉力型锚索锚固段周边岩体的应力分布拉力型锚索锚固段周边岩体的应力分布是一个非常关键的问题，对于锚固的稳定性和安全性具有重要意义。

在锚固段周围，由于锚索集中拉力的作用，会导致岩石的应力分布不均衡，容易出现开裂、滑动等情况，因此需要对其进行合理的应力分析，以便更好地保障锚固结构的稳定性。

通常情况下，拉力型锚索锚固段周边岩体的应力分布会表现为一种固定的力学模式，即拉力型力学模式。

在该模式下，岩石的应变主要是由于拉伸力引起的，因此可以把拉力型锚索锚固段视为一个均匀的、无限长的拉伸体系。

在这种情况下，应力的分布主要受到以下几个因素的影响：1.锚索材料和截面积大小拉力型锚索的材料和截面积大小直接影响着锚索的拉力和接触岩体的力度，因此会直接影响到岩体的应力分布。

一般来说，锚索材料要选用高强度、耐腐蚀的材料，并配以适当的截面积大小。

2.锚固段周边岩石的物理性质锚固段周边岩石的物理性质包括其弹性模量、泊松比、内摩擦角等因素。

这些因素会直接影响到岩石的变形程度和应力分布情况，因此需要进行适当的调整和控制。

3.锚索布置方式和密度锚索的布置方式和密度也对周边岩体的应力分布产生了一定的影响。

一般来说，锚索的布置要尽量均匀、合理，避免存在明显的区域差异。

同时，应根据周边岩体的力学特征，选择适当的锚索密度。

4.施工过程中的影响除了以上因素外，施工过程中的因素也可能对锚固段周边岩体的应力分布产生影响。

因此，在锚固结构设计和施工过程中，需时刻关注这些因素，及时采取措施进行调整和优化。

总之，拉力型锚索锚固段周边岩体的应力分布是一个较为复杂的问题，需要考虑多个因素的综合影响。

只有通过严谨的力学计算和分析，结合实际施工情况，才能保证锚固结构的安全稳定。

锚固应力分布
锚固应力分布是指在材料中施加锚固力后，锚固点周围的应力分布情况。

锚固应力分布的研究对于工程结构的设计和安全评估具有重要意义。

在一般情况下，锚固应力分布可分为三个区域：锚固点附近的高应力区、过渡区和受力区。

高应力区是指锚固点附近应力集中的区域，通常是由于锚固装置的刚性导致的。

过渡区是指从高应力区到受力区过渡的区域，应力逐渐减小。

受力区是指远离锚固点的区域，应力较为均匀。

在高应力区，由于应力集中，材料容易发生破坏。

因此，在设计锚固装置时，需要考虑高应力区的强度，并采取相应措施，如增加锚固点的直径或改变锚固装置的形式，以减小应力集中。

过渡区是锚固应力逐渐减小的区域，其大小与锚固装置的刚性有关。

刚性越大，过渡区越小。

在设计中，需要根据具体情况合理选择锚固装置的刚性，以控制过渡区的大小。

受力区是远离锚固点的区域，应力较为均匀。

在这个区域内，锚固应力的分布可以近似为线性分布。

因此，在设计中，可以根据受力区的应力分布来选择合适的材料和结构形式。

总的来说，锚固应力分布的研究对于工程结构的设计和安全评估非常重要。

通过合理设计锚固装置，可以减小高应力区的应力集中，
提高结构的安全性和稳定性。

同时，还可以根据锚固应力的分布来选择合适的材料和结构形式，以满足工程结构的要求。

可回收式预应力锚索作用机理及施工力学研究关键词：岩土体；预应力锚固；作用机理；施工力学前言：在岩土体的施工中，为了能够保证土体下方的地层能够与施工所采用的加固物保持完美结合，需要通过锚固技术对其进行压应力的施加，从而使其成为全新的复合结构体，避免其在使用过程中出现变形、位移。

在开展锚固技术时，需要结合岩土体自身的稳定性进行预应力锚索的选择，而锚索本身的特性也成为了施工团队进行锚索选择的主要依据。

在开展施工之前，需要优先完成锚索施力情况的判断。

一、可回收式预应力锚索的作用机理分析（一）岩土体加固机理分析应用锚索对岩土体进行锚固施工，能够对岩土体产生强化，再借助一定的技术手段实现锚杆支护。

在相关的技术机理中，常见的机理主要有悬吊作用、连续压缩等具有代表性的施工机理。

通过不同的机理选择，能够达到不同的加固效果。

其中，悬吊作用激励是指在锚索加固过程中，施工人员选取相对不稳定的岩土体，将锚索通过上方选调的方式，深入到深层的岩土体中，使锚索与稳定岩土结合，避免出现离层滑脱现象。

这种锚固机理主要应用与地层较深的岩土体锚固之中。

与之不同的连续压缩锚固机理则主要应用于拱形洞之中，在拱形洞内，部分岩土体会出现破碎区，为了保证洞内洞壁具有较强的支撑力，工程施工需要将锚索的敢提搭建成圆锥形，用以承受压应力[1]。

而在具体的施工当中，为了保证洞内围岩形成的压缩带始终处于均匀状态，施工人员需要依据一定的锚杆间距进行锚杆群布设，各个锚杆之间相互交错，从而形成压应力的承压拱，以此来承受拱形洞上方的破碎岩石所带来的景象载荷。

（二）可回收式预应力锚索的机理特殊性分析以往在施工当中选择的普通预应力锚索，主要是自由式拉力型锚索。

这种锚索由钢筋、注浆体、绞线、外锚头等部件共同构成。

在受力过程中，钢筋以及绞线会通过张拉的方式实现剪应力的传递，再将力传输至注浆体内部，最后由注浆体经过外锚头完成剪应力的传出。

而本文所研究的可回收式锚索，则是在传统锚索之上增加波纹套管、固定台座以及承载体等部分，而钢绞线、注浆体和外锚头则保持不变。

全长锚固锚杆的剪应力分布规律研究全长锚固锚杆的剪应力分布规律是指在受到外载荷的作用下，锚杆内不同位置的剪应力大小及分布情况。

在研究全长锚固锚杆的剪应力分布规律时，需要考虑不同类型的材料、不同的截面形状和外界环境的影响等因素。

首先，钢材是全长锚固锚杆主要使用的材料之一，钢材的强度和韧性都比较高，在承受外载荷的作用下，钢材的变形会比较小，因此在不同位置的剪应力分布情况比较均匀。

其次，不同截面形状的锚杆在受到外载荷的作用下，其剪应力分布情况也会有所不同。

例如，圆形截面的锚杆在受到剪力时，剪应力分布情况相对均匀，而类似于三角形、矩形等复杂截面形状的锚杆剪应力分布情况则更为复杂。

此外，外界环境的变化也会对全长锚固锚杆的剪应力分布规律产生影响。

例如，温度升高或者下雨等外界因素的作用，都可能会导致锚杆内部的剪应力分布情况发生变化。

总之，全长锚固锚杆的剪应力分布规律是一个复杂的问题，需要综合考虑材料、截面形状和外界环境等因素，进行更加深入的研究。

基于预应力锚索施工技术在边坡防护工程中的应用分析摘要：预应力锚索作为一种护坡手段，能够在很大程度上提高边坡的稳定性，有着较好的社会价值和经济价值，已大量应用在滑坡治理和边坡加固工程中，所以针对预应力锚索的研究也是目前的一大热点。

基于此，此次研究通过对边坡支护锚索预应力变化趋势进行监测，分析了时间增长下锚索预应力的变化趋势，并对预应力解耦模型进行验证，为相关工程提供借鉴。

关键词：预应力锚索；边坡防护；水利工程1 边坡概况某大坝边坡为自然高陡边坡，63°～73°为其平均坡脚，边坡岩层整体上呈现出上硬下软。

边坡上部和中部属于茅口组和栖霞组灰岩，其中后者厚度达到240m, 在边坡总高度中占比72.7%。

裂隙对严重切割边坡岩体，卸荷作用较显著。

边坡正面开挖之后，坡体整体稳定性达到正常安全标准，但经过勘察发现有断层20多条，对边坡整体安全性造成了较大影响。

为了加固边坡局部危险岩体、改善边坡受力情况，决定对其做预应力锚索加固处理。

锚索长40～50m, 钻孔直径和间距分别为110mm和4m, 设计吨位为2100kN,钢绞线类型为15,其内锚固段长度为6m。

现场选取7根预应力锚索进行研究，编号依次为5、7、8、14、16、17、23。

2 锚索预应力解耦模型锚索松弛和锚固岩体的蠕变在通常情况下处于耦合状态，锚索预应力会随着岩体的蠕变而发生改变，因此在施工锚索时，大部分选择锚索超张拉或分级张拉，来充分调整锚索钢绞线的受力状态，以此达到大幅度减小锚索预应力损失的目的。

但当锚索在超张拉或分级张拉时受到过大荷载，就会导致锚筋与砂浆体、围岩的接触面发生破坏，锚索出现松弛，预应力进一步减小，除此之外开挖与爆破等施工活动也会对界面造成较大的破坏。

所以在分析锚索和围岩间的耦合关系时可选择预应力耦合模型，构建分析模型来研究锚索的预应力损失。

根据室内外实验和工程实际经验能够得知，锚固结构主要失效形式为沿砂浆体和锚筋黏结界面解耦，通过假定砂浆-围岩交界处粘结良好，锚固系统解耦只发生锚索-砂浆体交界处。

锚索应力计的原理与应用引言锚索应力计是一种用于测量锚杆或锚索中的应力的仪器。

它广泛应用于港口、桥梁、土木工程等领域。

本文将介绍锚索应力计的原理、工作原理和应用。

锚索应力计原理锚索应力计是根据胡克定律和压电效应原理设计的。

胡克定律是指在一定限度内，弹性体的应变与应力成正比。

而压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电压差。

锚索应力计利用这两个原理来测量锚索的应力。

锚索应力计工作原理锚索应力计由两部分组成：静载荷传感器和信号处理器。

静载荷传感器通常由压电晶片和连接线组成。

当锚索受到拉力时，压电晶片会产生电压差，通过连接线将电信号传输给信号处理器。

信号处理器接收到电信号后，会进行放大和滤波处理，然后将结果显示在显示屏上。

锚索应力计的应用1.港口工程：在港口的码头建设中，经常需要使用锚索来固定船只和浮动设备。

通过使用锚索应力计，可以实时监测锚索的张力，以确保其稳定性和安全性。

2.桥梁工程：在桥梁建设中，锚索用于将桥梁连接到地基或桥墩上。

通过使用锚索应力计，可以监测桥梁中的拉力，以保证桥梁的结构稳定性和安全性。

3.土木工程：在土木工程中，锚索应力计广泛应用于基础工程、地下开挖和地下管道等领域。

通过使用锚索应力计，可以监测土木结构中的应力，以保证结构的稳定性和安全性。

4.其他应用：锚索应力计还可以用于地震工程、矿山工程和建筑工程等领域。

它能够提供精确的应力数据，帮助工程师进行结构设计和安全评估。

总结锚索应力计是一种用于测量锚杆或锚索中的应力的仪器。

它利用胡克定律和压电效应原理，通过静载荷传感器和信号处理器实现应力的测量。

锚索应力计在港口、桥梁、土木工程等领域具有广泛的应用，能够实时监测锚索的应力，确保工程结构的安全性和稳定性。

除了上述应用领域，锚索应力计还可以在地震工程、矿山工程和建筑工程等领域发挥重要作用。

其精确的测量数据可以帮助工程师进行结构设计和安全评估。

第31卷增刊1 岩 土 力 学 V ol.31 Supp.1 2010年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2010收稿日期：2010-04-23基金项目：国家自然科学基金面上项目（No. 40772184）；国家自然科学基金重大国际合作项目（No. 50720135906）；国家重点基础研究发展计划(973)项目（No. 2009CB724603）。

第一作者简介：伍国军，男，1977年生，博士，助理研究员，主要从事隧道及地下工程研究方面的工作。

E-mail: gjwu@文章编号：1000－7598 (2010) 增刊1－0150－07基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究伍国军1，陈卫忠1, 2，王永刚3, 4（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；2.山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；3.同济大学 土木工程学院地下建筑与工程系，上海 200092；4.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）摘 要：考虑岩体蠕变效应的锚杆应力分布及变化特征对研究工程锚固效应具有非常重要的意义，而目前关于这方面的研究并不多见。

首先从锚固微元体受力特点的角度出发，研究微元体在围岩蠕变条件下的受力变化规律，得到如下结论：蠕变岩体下锚杆锚固力的变化趋势和岩体所受应力状态及其变形密切相关。

当微元体受拉时，锚杆轴力随时间有不断增长的趋势；而当微元体受压时，锚杆轴力则随时间不断减小。

针对锚杆在黏弹塑性围岩体中的受力分布，以解析方法推导了锚杆应力峰值所在位置与围岩体塑性区重合的重要结论，且从工程数值计算角度进一步验证了锚杆应力峰值的位置特点，并分析了地下工程中锚杆应力随围岩体蠕变而逐渐增大的变化特征。

关 键 词：蠕变；锚杆；应力分布；塑性区；地下工程 中图分类号：TU 470 文献标识码：AStudy of distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock massWU Guo-jun 1, CHEN Wei-zhong 1, 2, WANG Yong-gang 3, 4(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071, China; 2. Research Center of Geotechnical ＆ Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China;3. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;4. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: It is of great importance for studying anchoring effect when considering distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock mass; however, there are not many articles to deal with this aspect in recent years. In this paper, we begin with the load-bearing characteristics of anchorage micro-unit, research on variation of anchor stress under the condition of rock mass creeping, then give some conclusions as follows. Force variation of anchor which is embedded in the creeping rock mass has much relationship with stress state and displacement of surrounding rock mass. When anchorage micro-unit is in tensile state; the axial force of anchor is increasing as time goes on. On the contrary, when anchorage micro-unit is in compressive state, the axial force of anchor is decreasing. In terms of stress distribution of anchorage in visco-elastoplastic rock mass, it is concluded to be in accordance with each other between the location of peak stress of anchor and the plastic zone of surrounding rock mass. The conclusion is further verified to be correct by analytical method of engineering. In addition, it is analyzed that the anchor stress is increasing with creeping of surrounding rock mass in underground engineering.Key words: creep; anchor; distribution of stresses; plastic zone; underground engineering1 引 言在岩体工程中，锚固技术已经成为提高岩体工程稳定性和解决复杂工程问题的重要方法之一。