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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。
拉力型锚杆锚固试验研究高德军;曹杰雄;李元松【摘要】采用改进型拉拔方式对锚杆进行拉拔试验，从而研究砂浆强度和锚固深度对锚杆承载力的影响，通过在锚杆表面粘贴应变片，得到拉拔过程锚杆—砂浆截面剪应力沿锚杆全长分布规律，根据现场锚杆拉拔过程的破坏形式，分析对应破坏机理。
%In order to study the influence of mortar strength and anchorage length on the bearing capacity of anchor,the modified methods were adopted for anchor pullout test. Strain gauges were pasted on the anchor surface and the shear stress distributions along anchor full-length were obtained,the corresponding failure mechanism was analyzed according to the bolt failure modes.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P41-42,43)【关键词】锚杆;锚固效果;荷载位移曲线;剪应力;破坏形式【作者】高德军;曹杰雄;李元松【作者单位】三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU472锚固技术通过在地质体中埋设锚杆，将结构物与地质体联锁在一起，依靠锚杆与地质体间的相互作用，将结构物的荷载传递到地质体，或使地质体自身得到加固、增强其承载力或稳定性[1]。
随着社会发展和科学技术的进步，岩土锚固理论和锚固技术得到了很大发展，锚固技术在水电工程、道桥工程、建筑工程、矿山建设等工程领域得到广泛应用，解决了许多重大工程加固的关键问题[2-5]。
拉压杆横截面的应力分布
拉压杆横截面的应力分布是指在拉压力作用下，杆体截面上各点所受到的应力情况。
根据横截面形状不同，应力分布也会有所不同。
一般而言，在光滑的圆形横截面上，应力呈径向分布，最大应力出现在杆体截面的最外圆周上，而内部应力逐渐减小。
对于矩形横截面的拉压杆，应力分布也有一定的规律。
在拉力作用下，矩形横截面上的应力分布呈对称状态。
最大应力集中在杆体截面的边缘处，即杆体的四个角上。
而中心部分的应力相对较小。
当杆体的横截面形状为其他特殊形状时，应力分布可能更加复杂。
但总体原则是在拉力作用下，应力会集中在横截面形状的边缘或特定的部位，而中心部分的应力较小。
了解拉压杆横截面的应力分布对于设计和工程实践具有重要意义，可以帮助我们合理选择材料和尺寸，以确保杆体在拉压力下具有足够的强度和稳定性。
拉力分散型锚杆工作机理的试验研究肖坚赵杰伟（中兵勘察设计研究院，北京 100053）【摘要】通过拉力分散型锚杆的现场拉拔试验，表明与普通锚杆相比，该类型锚杆不仅工艺简单，又能大幅提高承载能力，可在基坑工程中广泛应用。
结合沿杆体布置的应变片测试结果，分析得出了拉力分散型锚杆受拉时的应力分布规律。
【关键词】拉力分散型锚杆；承载能力；应力分布；基坑工程；Study on Work Mechanism of Pull Dispersion-type AnchorXiao Jian Zhao Jiewei（China ordnance industry survey, design & research institute, Beijing, 100053）【Abstract】It is proved that pull dispersion-type anchor has a simple technology and can enhance the carrying capacity significantly according to the drawing test. Distributing characters of stress has been analyzed combining with the test result of strain gauge.【Keywords】pull dispersion-type anchor；carrying capacity；distribution of stress；excavation0 引言自上世纪80年代以来，为了克服普通拉力型锚杆粘结应力集中的缺点，国内外工程界都对岩土锚固技术做了大量的研究工作，开发出了具有各种优点、工程适应性良好的各种新型锚杆。
若按锚固段的受力状态分，可将现阶段使用的各类新型锚杆（索）大致分为拉力分散型和压力分散型两种，其中尤以压力分散型锚杆的研究和应用居多。
•锚索是一种主要承受过钻孔将稳定的地层中，并在被加固体表面通过张拉产生预应力，从而达到使加固体稳定和限制其变形的目的。
•阿尔及利亚1933年首次用于水电工程•我国1964年首次用于梅山水库•按照外锚头的结构形式•OVM•按照锚索体•钢绞线束锚索，高强钢丝束锚索•按照锚固段受力状态•拉力型、压力型、载荷分散型（压力分散型锚索应力分布图拉压复合型预锚索应力分布图6.排气管止浆塞注浆管•1)•2)沿着注浆体与地层界而破坏•3)由于埋人稳定地层中的深度不够而使地层呈锥体状剪坏•4)由于锚索体材料强度不足而出现断裂破坏•5)•6)•预应力锚索的施工组织设计一般应包括工程目的，工程概况（工程名称、地点、工期、工程量、工程地质和水文地质条件等），锚索类型，长度，锚固力大小及结构图，工程进度计划表，施工场地布置图，施工技术人员配置（含主要施工经历表），主要施工机械设备和材料表，质量、工期及安全保证措施，工程竣工验收时应交付的技术资料和施工工艺流程图等内容。
序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23名称毫秒电雷管毫秒非电雷管导爆索乳化炸药铵油炸药混装乳化炸药柴油电力负荷电能消耗施工用水生活用水•横道图又叫是以图示的方式通过形象地表示出任何特定项目的活动顺序与持续时间。
•锚固体材料主要有钢绞线和高强钢丝•检验•（1•①制作锚索的钢绞线应逐盘进行严格检查，其表面不得有裂缝、小刺、劈裂、死弯等机械损伤和油迹•②钢绞线的力学性能应抽样检查，应从每批任取5%力学试验•检验•（2•①外观要求与钢绞线一致；•②钢丝的力学性能通过抽样检查确定，从每批钢丝中任取钢丝的两端各截取一个样品进行力学性能试验，其中一个做延伸率与抗拉强度试一个做反复弯曲试验•自由段套管•自由段套管的材料常用聚乙烯、聚丙乙烯或聚丙烯，在施工时可选用与钢绞线尺寸相符的优质的塑料管在现场套制。
拉剪应力状态拉剪应力状态是指在受力作用下，物体内部会产生剪切应力的一种力学状态。
在讨论拉剪应力状态时，我们通常会将物体分为水平和垂直两个方向进行分析。
我们来看水平方向的拉剪应力状态。
假设有一个长方形的物体，长度为L，宽度为W，受到水平方向的拉力F。
在物体内部，由于拉力的作用，物体会产生剪切应力。
这种剪切应力的分布情况是不均匀的，通常在物体的中心处剪切应力最大，在两侧逐渐减小。
这是因为在物体中心处，距离拉力作用点最远，所以受到的拉力作用最大；而在物体的两侧，距离拉力作用点较近，所以受到的拉力作用较小。
接下来，我们来看垂直方向的拉剪应力状态。
同样假设有一个长方形的物体，长度为L，宽度为W，受到垂直方向的拉力F。
在物体内部，同样会产生剪切应力。
与水平方向相比，垂直方向的剪切应力分布情况也是不均匀的。
在物体的上下边界处，剪切应力最大；而在物体的中心处，剪切应力最小。
这是因为在物体的边界处，受到的拉力作用最大；而在物体的中心处，受到的拉力作用最小。
拉剪应力状态的研究对于工程设计和材料科学具有重要意义。
通过对拉剪应力状态的分析，可以帮助我们更好地理解物体在受力作用下的力学行为，从而指导工程设计和材料选用。
例如，在设计桥梁和建筑物时，需要考虑到拉剪应力状态，以确保结构的安全性和稳定性。
在材料科学中，研究拉剪应力状态可以帮助我们了解材料的力学性能和破坏机理，从而提高材料的性能和寿命。
拉剪应力状态是物体在受力作用下产生的一种力学状态，它在水平和垂直方向上的分布情况是不均匀的。
研究拉剪应力状态对于工程设计和材料科学具有重要意义，可以指导工程设计和材料选用，提高结构的安全性和材料的性能。
通过深入研究拉剪应力状态，我们可以更好地理解物体的力学行为，为工程和科学的发展做出贡献。
岩石锚杆锚固体围岩界面切应力分布形式的研究张志平;黄模佳;张雷【摘要】Based on the shear stress distribution theory of fully grouted bolt,the force transfer mechanism of the interface between anchor solid and surrounding rock was studied,and the concept of anchor solid stresses ratio had been put forward in this article. Then,considering of contact interface,the finite element model of single bolt was al-so set up in the practical engineering. The finite element results agreed well with the theoretical ones. As well,based on this finite element model,the measures of improving the interface shear stress distribution between anchor solid and surrounding rock had been discussed. The analysis results showed that the distribution of interface shear stress between anchor solid and surrounding rock along the anchorage depth was extremely uneven,most were located in the front anchor,increase of anchor diameter can effectively improve this situation,continued to increase the anchor-age depth were not help to improve the bearing capacity of the anchor foundation when reaching the critical anchor-age depth. A simple numerical calculation method has been proposed to simulate the joint surface of rock strata with considering the different weathering degree of rock mass,the analysis results showed that considering the influences of weathering of rock foundation,the peak value of shear stress in the interface between anchor solid and surround-ing rock were reduced and the shear stress distribution was more uniformity.%基于全长黏结式锚杆切应力分布的理论表达式,研究了锚固体与围岩界面的传力机制,提出了锚固体受力比的概念;结合实际工程,建立了单根锚杆基础的有限元模型,数值分析时模拟了界面的接触,理论解与有限元解吻合较好;基于此有限元模型,探讨了改善锚固体与围岩界面切应力分布的优化措施.分析结果表明:锚固体与围岩界面切应力沿锚固深度分布极不均匀,绝大部分都分布在锚固体前段,增大锚固体直径可有效改善锚固体与围岩界面切应力分布,当达到临界锚固深度时,继续增加锚固深度对提高锚杆基础承载力帮助不大.考虑到实际岩体存在风化的情况,提出了一种简单模拟岩层节理面的数值计算方法,结果表明考虑风化时,锚固体与围岩界面切应力峰值降低,切应力分布更加均匀.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】6页(P354-359)【关键词】切应力分布;锚固体;受力比;有限元;风化【作者】张志平;黄模佳;张雷【作者单位】南昌大学工程力学研究所,江西南昌330031;南昌大学工程力学研究所,江西南昌330031;南昌大学工程力学研究所,江西南昌330031;九江学院土木工程与城市建设学院,江西九江332005【正文语种】中文【中图分类】TB125岩石锚杆基础(图1)已经在风机塔架中得到了应用，相比于传统的风机塔架基础形式，岩石锚杆基础具有构造简单、传力明确、节约工程造价等优点。
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。
锚杆锚固段粘结力分布计算方法黄中木 渠时勤文 摘 锚杆的抗拔力计算式是岩土锚固工程设计中的一个关键技术问题。
工程实践和研究表明，锚固段的内力沿杆长分布是不均匀的，杆体轴力和剪力集度均向根部衰减。
下面就弹性范围内分别介绍国内和国外的几种计算方法，并提出按共同变形原理得出的计算方法。
关键词 粘结力分布 锚杆 围岩变形 1．衰减规律理论的计算方法关于衰减规律理论的计算，以往多采用局部变形假定，即用一系列独立作用的“切向弹簧”来描述锚固段同围岩之间的关系，得出杆体轴力和剪力的分布规律为： ()[]()l sh z l h sh P P ββ-+⨯=0()[]()l sh z l h ch P q βββ-+⨯=0(1-1)式中： l ––锚固段长度，h ––锚固段埋深，z ––坐标P 0––锚杆中轴力，P ––拉拔力，q ––单位长度锚固体上的剪力集度bb sb b s E d k E A k 224πβ==其中：d b ––锚杆直径，E b ––锚杆变形模量，k s ––浆体的综合剪切刚度。
这种传统的计算方法难以正确地反映围岩特性(变形模量)对锚固段内力分布的影响。
为了考虑杆体﹑浆体和围岩的共同作用，现在国内通常要采用有限元[5]和FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)等数值计算方法。
2．邓-肯理论的计算方法[6][7][8]邓-肯等人也认为粘结力按衰减规律分布，但是他们认为在弹性条件下，剪应力分布呈高度的非线性，剪应力主要集中在锚固段的顶部，沿锚杆呈指数衰减。
x x e r Ω-Ω=0121στ (1-2) 其中：()21121⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=Ωr r r R当 ()112r r r <- ()211221/ln ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=Ωr r r R当 ()112r r r <-式中：r 1––锚杆直径，r 2––孔洞直径；x ––所要求的点到锚固段顶部的距离； R=E g /E b ，E g 为浆体弹性模量。
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。
锚固技术现况与趋势展望引言岩土锚固工程在近代岩土工程研究领域中,占有重要的地位。
岩土锚固的研究对象是经过漫长地质年代的复杂地质体,这些地质体在地壳的内力和外力地质作用下,经历了一系列的演变过程,从处于相对稳定的平衡状态由于自然灾害或人为因素遭到破坏从而产生各类地质灾害,例如山体滑坡、泥石流等。
为了预防和治理此类灾害,工程上常运用锚固技术,将受拉杆件埋入岩体用于充分的发挥和提高岩土体的自身强度和自稳能力,显著缩小结构物体积和减轻结构的自重,有效控制其变形。
随着中国工程建设的飞速发展,岩土工程作为工程建设中的重要分支,在铁路隧道、岩土边坡、基坑支护、坝基稳定、结构抗浮与结构抗倾等工程领域得到了广泛的应用。
1岩土锚固工程研究现状岩土锚固技术在工程中的应用可追溯到20世纪初,美国首先在煤矿巷道和其他演示矿山中应用了锚杆支护顶板,如今,国外各类锚杆已达600余种,可适应于各种地层,承载能力从几吨到上千吨,每年的使用量达到2.5亿根。
我国的锚固工程始于20世纪50年代,随着地下工程的发展,锚杆技术与喷射混凝土以及其他的岩土加固技术被逐步应用1。
在保证岩土工程安全和可靠的所有措施中,岩土锚固技术在多种工程处理技术中,无疑是最具有安全性和经济性的选择。
由于岩土锚固工程技术的飞速发展,近年来被广泛的应用于边坡加固和整治工程中,在很大程度上取代了传统的浆砌片石式挡墙或重力挡墙结构;在相当数量的深基坑工程中取代了水平横撑式支挡结构;在几乎所有的矿山法施工的地下工程中取代了分部开挖木支撑临时支护结构。
在其他方面,如深基坑工程、抗浮结构工程、大坝加固工程、抗震工程、工程拓宽工程以及悬索桥等锚固工程中,岩土锚固技术都发挥了很大的作用。
虽然岩土锚固技术在工程中已经得到了广泛的应用,但是由于工程介质的复杂性以及锚固方式的多样性,国内外还未出现统一的理论。
对于岩土锚固技术的研究主要集中在锚杆粘结应力分布特征的研究与改善锚杆荷载传递机理方面2。
