[发明专利]一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，包括以下步骤：弹性状态下极限外荷载求解、弹性状态下锚‑土界面正应力求解、锚‑土界面模型塑性半径与外荷载之间的关系、弹塑性状态下锚‑土界面正应力分析。本发明通过对土层锚杆拉拔过程中锚‑土界面进行受力分析，考虑土层锚杆所受应力状态，分析计算土层锚杆在不同围压条件下极限抗拔力的取值，本发明通过对土层锚杆单元体进行受力分析，得到考虑围压条件下锚杆承载力计算模型。利用该计算方法可预测锚杆极限承载力，对全长粘结式锚杆的设计和施工具有重要的意义。

技术领域

本发明属于岩土锚固工程领域，具体涉及一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法。

背景技术

由于土体本身的复杂性及锚固形式的多样性，导致土层锚杆承载机理理论分析研究远滞后于工程实践经验。目前没有完全合理的数学及力学模型对岩土锚固机理进行计算和分析。

大量试验研究表明，土层锚杆在服役过程中，锚固体与周围土体形成的受力系统较为复杂，其承载力主要与土层性质及外荷载有关。另外整个承载体系中锚-土界面强度是最薄弱的，因此研究界面的应力的分布规律和传递性就非常重要，通过分析界面应力可以得出锚固体系的破坏层和最大的抗拔力。

在我国现行的土层锚杆设计规范中，一般情况下在进行土层锚杆承载特性分析时，假定土体为弹性介质，计算中不考虑围压对锚杆极限抗拔力的影响。基于此针对性提出一种考虑围压条件的土质锚杆极限拉拔力的计算方法。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法。

本发明的技术方案是：一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，包括以下步骤：

ⅰ.弹性状态下极限外荷载求解

当锚-土界面层进入屈服阶段时，此时的外荷载为弹性状态下极限外荷载，求解得到弹性极限外荷载P_e表达式：

其中，

ν为泊松比；

r_b为土样半径；

r_a锚固体半径；

σ_s为土样屈服强度；

ⅱ.弹性状态下锚-土界面正应力求解

根据弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，考虑土层锚杆的边界条件解得弹性状态下锚-土界面正应力，求解得到弹性状态下锚-土界面正应力P_a的表达式：

其中，

P_b为施加在试样四周的外荷载；

ⅲ.锚-土界面模型塑性半径与外荷载之间的关系

得到锚-土界面模型的塑性半径r_c与外荷载P_b之间的关系式：

ⅳ.弹塑性状态下锚-土界面正应力分析

当土样处于弹塑性状态时，将试样分成弹性状态和塑性状态两部分来考虑，求得塑性条件下锚-土界面正应力：

其中，P_sa为弹塑性状态下锚-土界面正应力；

ⅴ.弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式

由库仑公式得出弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式：