考慮徑向約束力條件下的壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律

王開俊

【摘 要】本文在對徑向約束力條件下的壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律進行研究的過程中，首先分析了接觸面滿足摩爾-庫倫強度條件時彈性理論解，最后總結(jié)了徑向約束力條件下的壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律。

【關鍵詞】壓力分散型錨索;內(nèi)力變化規(guī)律

壓力分散型錨索主要是巖石錨固中新興的一種工程技術，其力學性能和張拉方法在某種程度上有著直接性的關系，荷載張拉方式在某種程度上將各單元鋼絞線的長度對其受力的影響加以考慮，但將補償張拉過程中單元間錨固荷載的傳遞的影響作用直接忽略。本文在對徑向約束力條件加以考慮的同時，對其壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律作了主要的研究分析。

一、接觸面滿足摩爾-庫倫強度條件時彈性理論解分析

通過對注漿體錨固段的情況加以考慮，受力分析對象采取注漿體軸線的方向一微段dz，圍巖對注漿體作用的正應力用σ表示，圍巖對注漿體作用的剪應力用t表示，注漿體的軸向應力用σ2表示，并假設，注漿體和模擬巖土體主要為線彈性體，注漿體和模擬巖土體之間的界面和摩爾-庫倫準則相符合，同時注漿體的橫截面受到均布應力的作用。

注漿體微段的靜力平衡方程如式（1）所示：

πa2（σz+dσz-σz）+2πatdz=0adσz+2tdz=0 ?（1）

注漿體與模擬巖土體之間的界面上滿足摩爾-庫倫條件時，如式（2）所示：

t=c+σtan？漬 ? （2）

其物理方程如式（3）、式（4）所示：

σr=σθ=σ

εr=[（1-μ）σ-σz] ? （3）

εr=[σz-2μσ] ? ?（4）

注漿體與模擬巖土之間的界面上其受內(nèi)壓σ作用之后，無窮彈性平面中圓孔的位移解如式（5）所示：

μ′r r-a=μr r-a=-σa ?（5）

注漿體的彈性模量和泊松比用E、μ表示，模擬巖土體的彈性模量和泊松比用E1、μ1表示，注漿體的半徑用a表示，模擬界面上的黏結(jié)力以及內(nèi)摩擦角用c、？漬表示。將式（2）和式（5）聯(lián)立，錨固段應變力和剪應力的理論解如式（6）、式（7）所示：

t=（c+kp/πa2）e-2kz/a ? （6）

εz=m[（c+kp/πa2）e-2kz/a-c]/EK ?（7）

式中：k=;m=1-2μk/tan？漬;

壓力分散型錨索進行增序和分級循環(huán)加載，其第n單元的應變力以及剪應力依據(jù)于疊加原理，得到如（8）、（9）所示：

t=（c+kpj/πa2）e-2kzj/a ?（8）

εz=m[（c+kpj/πa2）]e-2kz/a-c]/EK ?（9）

若模擬的黏結(jié)強度為20KPa時，=0.96時，μ=0.3。若模擬的黏結(jié)強度為60KPa時，=1.41時，μ=0.3。研究表明，隨著分級循環(huán)加載的不斷進行，各個單元的應變在某種程度上沿著桿長方向逐漸減少，其1級承載體加載為1KN時，進而引起了1～3個單元的應變有增長的趨勢，同時各個單元的應變峰值在某種程度上出現(xiàn)在承載體的附近。當對2級承載體加載到600N時，2～3單元的應變增量有增大的趨勢，并存在某些突變點。3級承載體加載到600N時，3單元的應變增量逐漸增大，同時也具有突變點。

二、徑向約束力條件下的壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律

式（6）主要是彈性狀態(tài)下壓力分散型的錨索錨固段剪應力的表達式，其特征有三方面的表現(xiàn)：

一方面壓力型錨索錨固段受到的剪應力和錨固力、水泥漿和巖土體之間的黏結(jié)強度在某種程度上有著直接性的關系，同時隨著加荷載的逐漸增大，其黏結(jié)強度相對較高，同時錨固段受到的剪應力也就越來越大。

一方面不同的地質(zhì)條件，注漿體和巖土體將會有著不用的彈性模量，當其比值相對較大時，剪應力將會有著越均勻的分布，同時其分布曲線在錨索長度方向的衰減將會越慢，同時其彈性模量比值也就相對較小，最大剪應力也就相對較大，而其剪應力分布也就逐漸集中。

另一方面一旦壓力分散型錨索存在1個承載體時，在600n荷載作用下，其剪應力的分布主要在錨索前端的1/3長度內(nèi)集中，但是在粉土中的壓力分散型錨索而言，其剪應力有著相對較均勻的分布。在其分級加載的過程中，已經(jīng)加載的單元在某種程度上將會對后續(xù)加載單元的剪應力增量產(chǎn)生相對較小的影響，甚至將單元間相互的影響直接忽略掉。

總之，在其分級加載的過程中，單元加載之將會對后續(xù)加載單元的應變增量帶來極大的影響，同時已加載單元將會對后續(xù)加載單元的額剪應力增量產(chǎn)生較大的影響，這就說明在某種程度上更應該對單元間的相互影響加以考慮。

三、結(jié)語

本文通過對對徑向約束力條件下的壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律進行研究時發(fā)現(xiàn)，接觸面滿足摩爾-庫倫條件的彈性理論解在某種程度上對壓力分散型錨索注漿體分級循環(huán)加載后的應變以及其剪應力分布規(guī)律有著相對較好的描述，巖土體地質(zhì)條件相對顯著時，其彈性模量相對較高，同時也就有著相對較快的各單元的應變和剪應力衰減速率。

【參考文獻】

[1]劉鴻.考慮徑向約束力條件下的壓力分散型錨索設計方法[J].中國西部科技，2014，02：45-48

[2]劉鴻，周德培.壓力分散型錨索內(nèi)力變化規(guī)律試驗研究[J].巖土力學，2012，04：1040-1044+1050

（作者單位：鹽城市教師進修學校）