[发明专利]锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法

说明书

本发明公开了一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，将FLAC3D数值模拟引入到传统的预应力锚索设计流程中，通过调整Cable单元的浆体粘结力参数来使数值模拟得到的预应力锚索拉拔过程中的荷载‑位移曲线逼近现场拉拔试验得到的荷载‑位移曲线，可以获取一个更加精确的岩土体‑浆体间粘结强度，有力克服了传统设计方法中极限粘结强度取参考取值区间下限所造成的设计过于保守、浪费工程材料的缺点。本发明结合FLAC3D数值模拟和现场拉拔试验成果，可以大量减小所需开展的预应力锚索现场拉拔试验的次数，同时可以基于优化得到的不同土层更加精确的岩土体‑浆体间粘结强度开展参数分析，对于进一步优化预应力锚索设计方案、降低工程造价具有重要意义。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，特别是涉及一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法。

背景技术

预应力锚索加固技术是通过孔内灌浆将锚索固定在岩土体内部，并通过张拉施加预应力来加固岩土体的一种锚固技术。因其具备能够充分调节和提高岩土体的自身强度和自稳能力、减轻支护结构的自重、并能保证施工的安全与稳定等优点，通常与支挡结构物共同组成锚索(杆)支护系统，被广泛地应用于基坑支护。

近年来，预应力锚索技术也取得了一定的进步与发展：中国实用新型专利(授权公布号CN211816221U)公开了一种压力型减震消能预应力锚索结构，该预应力锚索结构具有结构简单、使用方便、效果良好的优点；中国实用新型专利(授权公布号CN211819458U)公开了一种缓冲预应力锚索，该预应力锚索具有抗震能力高、使用寿命长、对围岩破坏程度小、工程安全性高的优点；中国发明专利(申请公布号CN111749246A)公开了一种富水砂层预应力锚索安装方法，该安装方法可有效排除安装过程中环境以及地质因素对安装锚索稳定性所造成的影响。

预应力锚索设计可大致分为工程信息获取、初步设计、拉拔试验验证、二次优化设计、定案实施五个环节，其中锚固长度的确定是至关重要的设计计算部分。目前，预应力锚索设计优化是建立在已有的锚索设计计算方法的基础上，主要围绕设计流程和设计参数两个方面进行优化探索，优化的目标是通过计算得出更加精确的锚索极限承载力，最终实现设计出锚索加固方案可以兼顾安全和经济两个方面。

然而，在已有的预应力锚索设计方法中，预应力锚索锚固段与土层之间的极限粘结强度往往取规范中不同土层极限粘结强度参考取值区间的下限，造成锚固长度取值偏大，设计过于保守，不利于节约工程造价。此外，现场拉拔试验只是被用来验证初步设计的方案是否满足极限承载力要求，并未与设计方案的优化建立定量联系，导致现场拉拔试验成果的价值没有得到充分发挥，有悖于高质量发展理念。

发明内容

本发明针对以上现有技术的不足之处，提供了一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，该方法可以获取一个相对更加精确的岩土体-浆体间的粘结强度，从而为在预应力锚索设计优化过程中充分利用现场拉拔试验成果、节约工程造价、贯彻高质量发展理念提供了一种有效手段。

本发明采用以下技术方案：

一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，包括以下步骤：

(1)了解工程详情，开展工程地质勘察及岩土体力学试验，以获取预应力锚索设计优化所需的土层信息及基本物理力学参数；这些土层信息及基本物理力学参数主要包括土层名称、土层厚度、压缩模量、泊松比、体积模量、剪切模量、内摩擦角、粘聚力、密度；

(2)计算满足岩土体和结构物稳定所需的拉锚荷载；具体计算时，将锚拉式支挡结构分解为挡土结构和锚拉结构分别进行分析；拉锚荷载的计算方法可以采用拟梁法、土压力分配法、弹性支点法三种方法中的任一种；