[发明专利]全长粘结性土锚脱粘长度及动态锚固力测定方法

权利要求书

1.一种全长粘结性土锚脱粘长度及动态锚固力测定方法，其特征在于：基于锚土界面优势剪切破坏特征，根据杆体与锚固体完全耦合时锚固体的总位移组成、锚土界面剪应力指数衰减特征及其滑移失效评定，确定锚固结构脱粘长度变化值，再进一步得到动态锚固力；

包括如下步骤：

(一)锚固结构顶端锚孔边缘锚固体与土体表面位置点位移监测网的布置，包括如下步骤：

(1)在边坡各锚固结构顶端锚孔边缘的锚固体表面及其靠近的土体表面两处布设位移监测点，在边坡以外稳定的区域布置含基桩的基准点，以基准点为原点，建立全局直角坐标系，并沿待测锚杆形成监测网；

(2)以锚固体顶端中心为原点，沿锚固体轴向及其垂直方向为坐标轴，建立局部直角坐标系；

(二)通过GPS获得步骤(一)中基准点和监测点的坐标，再通过换算得到锚固体与土体的轴向位移，确定锚土界面相对剪切位移；

(三)根据步骤(二)所测位移，理论推导得到脱粘长度；

(四)结合锚固体的总位移组成，进一步得到剩余锚固段长度的变化值；

(五)最后获得所测锚杆的动态锚固力；

所述步骤(二)包括如下具体步骤：

通过GPS获得基准点和监测点的坐标，根据坐标换算分别得到锚固体和土体的轴向位移Δs_i(i＝1,2)：

Δs_i＝L'cos(θ+β₂)-Lcos(θ+β₁) (1)；

当锚固体轴向位移Δs_g和土体轴向位移Δs_s两者位移不协调时，便产生锚土界面相对剪切位移Δs：

Δs＝Δs_g-Δs_s (2)；

式中：θ为全局直角坐标系与局部直角坐标系的夹角，Δs为锚土界面相对剪切位移，Δs_g为锚固体轴向位移，Δs_s为靠近锚固体的土体轴向位移，L'为测点A'到基准点的初始距离，β₂为测点A和基准点连线与全局直角坐标系X轴的初始夹角，L为测点A到基准点的动态距离，β₁为测点A和基准点连线与全局直角坐标系X轴的动态夹角，A'为初始点，A为初始点A'的动态变化点；

所述步骤(三)中理论推导得到脱粘长度，包括如下具体步骤：

(1)因为锚固性能往往是通过锚固体与土体的剪切强度发挥作用，当锚固体与土体产生相对剪切位移而脱粘，就会导致锚固失效；

(2)基于锚土界面优势剪切破坏特征，根据杆体与锚固体完全耦合时锚固体的总位移s_T主要由自由段位移s_f、锚固段位移s_a和锚土界面相对剪切位移s_s组成，为简化分析不考虑其它构造和位移形式，因考虑是全长粘结性锚杆，即自由段位移s_f＝0，得到：

s_T＝s_a+s_s (3)；

(3)大量实验显示，锚固段的剪应力呈非均匀分布，在锚固段前端剪应力最大，沿锚固段逐渐降低直至为零，该剪应力拟采用指数衰减分布形式，即可获得脱粘段范围相对剪切位移，锚固段剪应力计算式为：

τ(x)＝Aγ_sd_mexp[B(x/d_g)] (4)；

其中：

式中：G_s,G_g分别为土体和砂浆的剪切模量，E_b为杆体的弹性模量，d_g为锚固体直径，d_b为杆体的直径，d_m为受锚土体沿径向的的影响范围，L_a为锚固段长度，υ_s为土的泊松比，γ_s为土的容重；

因锚土界面相对剪切位移主要由剪应力引起，于是在脱粘段范围相对剪切位移定义为：

结合式(4)，将式(5)变形：

(4)通过位移监测数据，结合式(1)和式(2)，可以分别得到锚固体与土体的轴向位移，即Δs_g和Δs_s，进一步获得锚土界面相对剪切位移Δs；

(5)根据步骤(4)中锚土界面相对剪切位移Δs，代入式(6)后，积分计算得到脱粘段长度x＝L_s；

所述步骤(四)中剩余锚固长度L_r等于锚固段长度L_a与脱粘段长度L_s的差值，为：

L_r＝L_a-L_s (7)；

所述步骤(五)中，根据工程锚固要求，通过公式(7)计算得到动态锚固力：

N_d＝πd_gL_rτ₀ (8)；

式中：N_d为动态锚固力，τ₀为锚固体与土体的粘结强度；

最后，根据式(8)动态锚固力与锚固荷载的比较结果，能够对锚固效果进行追踪和有效评价以及必要的锚固补强。