Vol27 No.3 王树仁等：拉力集中型与压力分散型预应力铺索锚固机理 ·279· 周围浆体 锚素轴向刚度 锚固结点 (a) 弹簧 m m 自由段 内锚固段 日m UW2摩擦器 24m 12m 浆体剪切刚度 浆体粘聚强度 图1预应力锚索锚固体系力学关系 Fig.1 Mechanical representation of fully bonded reinforcement 60m for the grout annulus of pre-stressed anchor cables 自由段 内锚固段 1/3F 1/3F 1/3F (a) 4m 4m 4m 图3压力分散型()和拉力集中型(b)预应力锚索力学模型图 Fig.3 Computing models of two types of pre-stressed anchor cables: (a)under dispersive pressure;(b)under concentrated tension 心 P×P 同.如图3b)将压力分散型预应力锚索的内锚固 段按等间距分成三个承载体，每个承载体上作用 有均布力，其等效集中力为总拉拔力的1/3，每一 个承载体及其相邻承载体间的锚固浆体作为一 个锚单元考虑，因此，共采用了三个锚单元来进 位移，4 行压力分散型预应力锚索内锚固段加载过程的 模拟. 1.3计算参数 图2浆体剪切强度准则()和浆体剪力与位移的关系曲线b) 参考相关资料，模拟计算采用的参数如下 Fig.2 Grout material bebavior for cable elements 锚索孔径150mm,锚索长度36m(自由段长 24m,内锚固段长12m):钢绞线弹性模量195 单位长度锚索在浆体中的最大剪力由下式 GPa,波松比0.25，屈服荷载1.85GPa. 确定： 气-C+R,Pag 锚固浆体弹性模量30GPa,波松比0.30，刚度 (2) 模量5.35GPa,切变模量0.42MPa. 式中，≥为单位长度锚索的最大剪力，C为浆体 锚孔周围介质为全风化泥岩，容重19kNm, 的粘聚强度，P为锚孔周围的环向有效压力，为 弹性模量3.2GPa,波松比0.30，粘聚力50kPa,内 浆体的内摩擦角，P为锚孔周长。 摩擦角19° 12力学模型 2模拟结果及分析 模拟拉力集中型预应力锚索锚固机理的平 面应变力学模型如图3(a)所示.计算模型长×宽= 2.1拉拔过程中锚固段浆体的受力状态分析 60m×30m,共划分1800个平面四边形单元.模型 在不施加围压的情况下，分别对拉力集中型 左侧自由（外锚头模拟混凝土垫墩的单元固定）， 和压力分散型的单根预应力锚索进行了拉拔模 右侧边界固定：模型上下边界施加垂直于锚索轴 拟实验，得出如下结果. 向的荷载，模拟不同围压的情况.本文主要研究 (1)锚固段浆体轴力的分布.由图4(a)可见， 锚索内错固段的力学特性，因此，在锚索的内锚 对拉力集中型锚索，当张拉荷载从自由段传递到 固段左端头施加轴向拉拔力实现对锚索的加载 内锚固段后，再通过浆体向周围岩体内部转移， 过程.压力分散型预应力锚索与拉力集中型预应 形成内锚固段的始端轴向拉力较大，并向末端迅 力锚索的主要差异在于内锚固段受力状态的不 速衰减的分布形式.由于轴向拉力沿内锚固段全Vb LZ , N o 3 王树仁 等 : 拉 力集 中型 与压 力分散 型预 应 力锚索 锚 固机理 一 2 7 9 - 周 围浆体 锚索轴向刚度 锚固结点 弹簧 日 用 摩擦器 浆体剪切刚度 浆体粘聚强度 图 1 预应 力锚索锚 固体系 力学 关系 Fi g . l M e e h二 i c a l 作 pm e o at iot n o f fu ly b o o d e d er i n of 代 e m e . t of r th e g功 u t a n n u lu s o f P份 s t r . s s e d a . e h o r c a b les 自由段 内锚固段 2 4 m红厂刃 r ! ! ! ! ! ! ! ) 6 0 m (b ) 自由段 内锚固段 l /3F l /3 F 4 m 4 m 4 m a 卜ó7L 图 3 压 力分 散型 a( )和 拉 力集 中型 伪)预应 力锚 索 力学模型 图 F i g · 3 C o m P u U o g m o d e 肠 o f wt o yt p es of p er 一 s t溉 s de a . e h o r c a b les : ( a ) u n d e r d is P e sr i v e P er s s u碑 ; 伪 ) u n d e r e o n e e n tr a t e d et n s i o n 只 x IP 图 2 桨体 剪切 强度准 则 a() 和浆体 剪 力与位移 的关 系 曲线 助 月乡 Z G川 u t . a t州 a l b . h a对 o r of r ca 目 e 日恤 e。 朽 单位 长度 锚 索 在 浆 体 中 的最 大 剪 力 由下 式 确 定 : 缪 一 c +tP .P atn a 乙 ( 2 ) 式 中 , 譬为单 位长 度 锚索 的最 大 剪 力 , C, 为浆 体 的粘聚 强度 , cP 为锚 孔周 围的环 向有 效压 力 , 0为 浆 体 的 内摩擦 角 , lP 为锚 孔 周 长 . L Z 力学 模型 模 拟 拉 力 集 中型 预 应 力 锚 索 锚 固机 理 的平 面应 变 力学模型 如 图 3 (a) 所 示 . 计算 模 型长 x 宽 = 6 0 m ` 3 0 m , 共划 分 1 8 0 0 个平 面 四边形 单 元 . 模型 左 侧 自由 ( 外 锚头 模拟 混凝 土 垫 墩 的单 元 固定 ) , 右 侧边 界 固定 ; 模 型上 下边 界施 加垂 直于 锚索 轴 向的荷 载 , 模 拟 不 同 围压 的情 况 . 本 文主 要 研 究 锚 索 内锚 固段 的力学 特 性 , 因此 , 在 锚索 的 内锚 固 段左 端 头 施加 轴 向拉 拔 力 实现 对 锚 索 的 加载 过程 . 压 力分 散 型预应 力 锚索 与拉 力集 中型 预应 力锚 索 的主 要差 异 在 于 内锚 固段 受 力 状态 的不 同 . 如 图 3伪)将 压 力 分散 型 预应 力 锚索 的 内锚 固 段按 等 间距 分成 三个 承载 体 , 每个 承 载体 上作用 有均 布力 , 其等 效 集 中力 为总 拉拔 力 的 13/ , 每一 个 承 载 体 及其 相 邻 承 载 体 间 的锚 固浆 体 作 为一 个 锚 单元 考 虑 , 因此 , 共采 用 了三 个 锚单 元来 进 行 压 力 分 散型 预 应 力 锚 索 内锚 固段 加载 过 程 的 模拟 . L 3 计 算 参数 参 考 相 关资 料 , 模 拟 计算 采用 的参 数如 下 . 锚 索 孔径 巧 0 ~ , 锚 索 长度 36 m ( 自由段 长 2 4 m , 内锚 固段 长 12 m ) ; 钢 绞 线 弹 性模 量 195 GP a , 波松 比 .0 25 , 屈 服 荷载 l . 85 G P .a 锚 固浆体 弹性 模 量 30 G P a , 波 松 比 .0 30 , 刚度 模 量 5 . 35 GP a , 切 变 模 量 .0 42 M P a . 锚 孔周 围介 质 为全 风化 泥岩 , 容重 19 k N 1/ n 3 , 弹 性模 量 3 . 2 G P a , 波 松 比 .0 30 , 粘 聚 力 50 廿 a , 内 摩 擦 角 190 . 2 模 拟结 果 及 分 析 .2 1 拉 拔 过程 中锚 固段 浆体 的 受 力状 态分 析 在 不施 加 围压 的情 况 下 , 分 别对 拉 力集 中型 和压 力 分 散 型 的单 根 预 应 力锚 索 进 行 了拉拔 模 拟 实验 , 得 出如 下 结 果 . ( l) 锚 固段浆 体 轴 力 的分布 . 由 图 4( a) 可见 , 对 拉力集 中型锚 索 , 当 张拉荷载从 自由段 传递 到 内锚 固段后 , 再 通过 浆 体 向周 围岩 体 内部转 移 , 形成 内锚 固段 的始 端轴 向拉力较 大 , 并 向末 端迅 速 衰减 的分布 形式 . 由于轴 向拉力沿 内锚 固段全