[发明专利]一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法

说明书

本发明提供一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，该方法包括：对锚杆受力微单元进行受力分析，得出相应的锚固体控制微分方程及轴力解析式；根据受力微单元的锚固体控制微分方程及轴力解析式，按受力微单元分段处变形连续且剪应力与剪位移是线弹性关系，建立通长黏结型对拉锚杆力学模型；根据力学模型，代入地层及锚杆参数，计算通长黏结式对拉锚杆轴力。本发明提出了核心土通长黏结型对拉锚杆力学模型，符合对拉锚杆实际工作状态，并能考虑双侧壁法侧导洞开挖顺序的影响，用于预测某一位置处对拉锚杆的轴力大小，为对拉锚杆的设计与施工提供参考，可以进一步得出通长黏结型对拉锚杆的轴力沿杆体全长的分布曲线，仅输入简单的地勘参数，就能够得到轴力分布曲线。

技术领域

本发明涉及岩土工程测算技术领域，具体涉及一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法。

背景技术

双侧壁法是一种应用于软弱岩层大跨度隧道的开挖工法，是指将大跨隧道划分为三个小跨断面，依次开挖左右两侧导坑，最后开挖预留核心土；在具体的施工中，左右侧导洞开挖将对核心土产生剧烈扰动，使得核心土处于单向或双向的不利受力状态；若核心土发生大范围的损伤破坏，将急剧增加大跨隧道的失稳风险，因此，双侧壁法的核心就是保证预留核心土的稳定牢固。为保证双侧壁法大跨隧道的安全修建，通常采用通长黏结型对拉锚杆(简称对拉锚杆)对核心土进行有效的支护。

通长黏结型对拉锚杆直接贯穿核心土，两端施加预应力，其布设范围一般是两侧导洞的内侧拱脚至内侧拱腰，布设间隔为0.5m-1.5m，锚杆长度为所处位置核心土宽度，按照围岩条件的不同，施加的预紧力范围为50-150kN。

但目前关于通长黏结型对拉锚杆的力学特性，特别是其沿杆体纵长轴力的分布规律尚不明确，需要将通长黏结型对拉锚杆与无黏结型锚杆、传统注浆锚杆进行区分开来，并考虑侧导洞开挖顺序，设计一种通长黏结型对拉锚杆轴力的分析方法。

发明内容

本发明的目的提供一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，包括以下步骤：

S1、对锚杆受力微单元进行受力分析，得出相应的锚固体控制微分方程及轴力解析式；

S2、根据受力微单元的锚固体控制微分方程及轴力解析式，按受力微单元分段处变形连续且剪应力与剪位移是线弹性关系，建立通长黏结型对拉锚杆力学模型；

S3、根据力学模型，代入地层及锚杆参数，计算通长黏结式对拉锚杆轴力。

进一步地，对锚杆受力微单元进行受力分析，得出相应的锚固体控制微分方程及轴力解析式，包括：

S11、将对拉锚杆与浆体剥离，并分为混凝土段和围岩段；

S12、单独对混凝土段进行受力分析，得出对应的锚固体控制微分方程及轴力解析式：

根据对拉锚杆的实际受力处于平衡状态，可得：

简化可得：

其中：d_s为通长黏结型对拉锚杆的直径，dr为取出微单元体的长度，σ_s(r)为对拉锚杆的轴应力，τ(r)为锚杆或浆体界面的剪应力；

根据胡克弹性假定，得：

其中：E_a是通长黏结型对拉锚杆的弹性模量，S_e为锚杆的形变量；

联立式(2)和式(3)，得：

假定锚杆或浆体界面剪应力与剪位移的关系处于线弹性状态，得：