漫谈矿山法隧道技术第三讲——锚杆

分析我国隧道锚杆支护技术中存在的主要问题,包括： 1）没有实现商品化; 2）多采用注浆式锚杆,没有针对不同的围岩条件采用不同的锚杆; 3）不设垫板的锚杆比比皆是; 4）锚杆功能单一; 5）锚杆施工管理不到位。针对这些问题： 1）重申了锚杆的功能; 2）认为要实现锚杆的商品化,首先要求锚杆规格标准化,生产工厂化,介绍了英国的《锚杆技术标准》,指出我国也应着手编写《锚杆行业标准》,以利于锚杆商品化的实现,或者以一条新铁路线或以企业为试点设置锚杆制备厂; 3）着重介绍了提高锚杆支护功能的措施--提高附着刚性和剪切刚性、提高锚固材料的充填饱满度、强化锚杆施工管理; 4）介绍了几种新型锚杆的构造、规格、功能、优点、适用条件等,包括摩擦式锚杆（ZAM膨胀型锚杆、高承载力摩擦式锚杆、具有排水效果和注浆功能的锚杆）和纤维锚杆; 5）介绍了发光型简易锚杆轴力计,并将其与通常的轴力量测进行对比,结果大致吻合。最后指出,锚杆的首要问题是加快工厂化（商业化）进程,编制了行业标准; 提高锚杆支护效果要在锚固材料和围岩2方面下功夫; 针对性地加强对摩擦式锚杆的研究及锚杆充填率评价方法的研究也应提到日程上来。     

公路隧道TZL预应力锚杆支护效果对比试验研究

通过ＴＺＬ预应力锚杆支护和普通砂浆锚杆支护的对比试验观测，获得了锚杆轴力、垫板反力、预应力损失、锚杆孔内位移和围岩收敛位移等重要参数，由此对ＴＺＬ预应力锚杆扩大１．５倍锚杆间距与普通砂浆锚杆的支护效果进行了对比分析，并作出了客观评价。     

GFRP锚杆框格梁在高边坡防护中的应用

文章所述深挖路堑锚杆框格梁防护,采用玻璃钢纤维(GFRP)锚杆代替传统的钢筋锚杆,简要阐述GFRP锚杆施工工艺、方法等,以及与钢筋锚杆性能、经济性进行对比。     

新型BFRP锚杆在边坡支护工程中的施工工艺研究

新型BFRP筋材具有高强度、耐腐蚀、与注浆体粘结性能良好等优点，适合作为工程锚杆。从BFRP锚杆制作、锚具设计、锚杆施工步骤等角度，对新型BFRP筋材锚杆的施工工艺进行研究。设计制作了适合于预加力锚杆和非预加力锚杆的BFRP锚杆专用锚具，并获得简易对中器制作方法及锚具粘结工艺。通过实际工程应用表明，所提出的新型BFRP筋材锚杆施工方法合理可行。     

拉力型锚杆有效支护长度

本文根据锚杆与岩石体之间的相互作用关系,以有限元软件ANSYS为工具,建立了全长粘结式锚杆的拉拔试验数值模型,对全长粘结式锚杆的拉拔试验进行模拟,揭示全长粘结式锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律,以及全长粘结式锚杆在不同荷载、锚杆直径、围岩级别和锚杆长度等条件下锚固体应力分布情况和应力变化规律。分析拉力型锚杆受力有效长度,并对硬性锚杆受力有效长度的影响因素进行了探讨,为正确利用拉拔试验来检验锚杆安装质量和评估锚杆锚固能力提供依据。     

锚杆对某公路边坡稳定性的影响分析

结合某公路均质土边坡支护实例，运用大型有限元软件MIDAS/GTS建立边坡的平面应变二维模型，基于有限元强度折减法，研究锚杆的锚固长度、锚杆间距、倾角等因素对边坡整体稳定性的影响。结果表明:锚杆穿过边坡滑动面后，继续增加锚杆长度对提高边坡安全系数效果不大，在锚杆倾角和锚杆间距不变的情况下，随锚杆长度增加，边坡安全系数变化较小；在保证边坡稳定性的前提下，锚杆倾角可在25°~35°范围取值；在保持锚杆倾角和锚杆长度不变的情况下，随着锚杆间距的增加，边坡安全系数出现先增大后减小的趋势。     

锚杆布置形式对多级边坡加固效果的影响分析

为了研究不同锚杆布置形式下的边坡加固效果，以资溪花山界（赣闽界）至里木高速公路深路堑边坡为研究对象，运用有限差分软件FLAC3D建立数值计算模型，结合现场实测数据，分析了锚杆布置形式对锚杆轴力分布规律以及深挖路堑边坡稳定性的影响。结果表明:锚杆轴力沿其长度方向不是均匀分布；锚杆长度的增加能够显著改善锚杆本身的加固效果，同一布设位置、相同长度锚杆的加固效果不受锚杆整体布置形式的影响；相同长度、布设位置不同的锚杆在极限状态下发挥着相近的作用；在锚杆总长度保持不变的情况下，锚杆布置形式的改变对边坡稳定性的影响很小。     

GFRP筋材替代钢材锚固高边坡应用试验

锚杆是高速公路边坡加固工程常用的一种方法,普通的锚杆材料多选用钢材。在长期的复杂地质环境下,钢筋锚杆常由于受腐蚀而使作用减弱。而GFRP筋材具有强度高、质量轻、抗冲击、耐腐蚀等优点。该文通过GFRP筋材替代钢筋加固高边坡的应用试验,监测了被加固坡体的变形过程和稳定状态。以及加固结构中的GFRP锚杆和与其相邻位置的钢筋锚杆的应力变化过程。经分析表明。GFRP锚杆加固能有效约束边坡整体变形。起到与钢筋锚杆加固效果相近的作用,可以使用GFRP锚杆替代钢筋锚杆加固高边坡。     

水平砂泥岩隧道锚杆支护变形和受力特性研究

为了分析水平砂泥岩隧道锚杆支护效果,以段家坪隧道为例,通过数值模拟和现场监测,对隧道拱顶沉降、锚杆轴力和初期支护与围岩接触压力进行研究。结果表明:锚杆长度达到3 m,锚杆间距达到1.5 m后,继续增加锚杆长度和减少锚杆间距对于隧道拱顶沉降的控制作用不再明显;隧道拱部锚杆轴力较大,隧道拱腰和拱脚处锚杆受力较小;随着水平砂泥岩隧道围岩强度的降低,拱部锚杆轴力不断增大。围岩强度越低,锚杆能够更好发挥控制围岩变形的作用。     

永久性土层预应力锚杆设计探讨

探讨了土层预应力锚杆支护设计中的锚杆抗拔力学机理、预应力锁定值及永久性锚杆的安全系数等问题，为锚杆设计实践提供可行的指导。     

锚固体系中全长粘结型锚杆应力分布研究

基于锚固体系的整体性思想,以12,20根锚杆的锚固体系为例,利用三维数值模拟与室内模型试验,分析了全长粘结型锚杆和滑坡体之间的相互作用,研究了锚杆所承受应力与锚杆在锚固体系中所处位置、滑坡体加载变化、锚杆间距等影响因素之间的关系,总结了在这些复杂因素下全长粘结型锚杆应力变化规律。研究结果表明:滑坡体滑动力主要由锚杆承担,各锚杆的应力与其在锚固体系中的位置和总体加载情况有关。     

永吉高速沿线破碎岩质边坡锚杆支护方式研究

以湖南永顺-吉首高速公路沿线破碎岩质高边坡为例,详细分析了存在锚杆支护时的边坡稳定性的极限平衡计算方法。基于该方法,对不同锚杆角度、不同锚杆长度形式下的边坡稳定性变化规律进行了详细分析。主要结论如下(1).边坡安全系数随着锚杆角度绝对值的增加而呈现先增加后减小的规律,可采用二次函数进行描述。(2).边坡安全系数随着锚杆长度的增加而呈线性增加的规律。(3).综合锚杆角度对锚杆加固效果的影响,同时考虑锚杆的施工难易程度、工程造价等多种因素,认为对于永吉高速沿线的破碎岩质边坡可采用锚杆角度垂直与边坡坡面、锚杆长度8 m的设计方案。     

非预应力BFRP锚杆加固土质边坡设计参数确定试验研究

为研究新型材料BFRP筋作为锚杆的设计方法和设计参数,进行了BFRP筋的拉伸试验、与水泥砂浆的黏结性能试验、耐腐蚀性试验、剪切试验,分析BFRP筋的力学特性。基于钢筋锚杆设计规范和已有的研究成果,给出了非预应力BFRP锚杆加固土质边坡设计参数的取值方法和建议值。通过BFRP锚杆与钢筋锚杆的现场支护对比试验,分析BFRP锚杆的加固效果,验证BFRP锚杆设计的合理性。研究表明,非预应力BFRP锚杆支护设计的抗拉安全系数不应小于1.6(永久锚杆)和1.4(临时锚杆)。BFRP筋抗拉强度标准值为极限抗拉强度的80%,对于锚固常用的BFRP筋(直径≥12 mm)可取为710 MPa。BFRP筋与砂浆的黏结强度标准值等于拉拔试验得到的平均值除以2.1,对于锚固常用的BFRP筋可取为2.8 MPa。设计的BFRP锚杆可以有效地加固边坡,较好地控制边坡位移,且加固效果与钢筋锚杆相当,BFRP锚杆设计合理,采用等强度替代钢筋的方法进行BFRP锚杆支护设计是可行的。     

GFRP锚杆与常规锚杆在隧道支护中的承载力对比试验

目前隧道内采用的常规锚杆均不能满足隧道设计寿命的要求,尤其在腐蚀性环境中更大大缩短了常规锚杆的使用年限,降低了支护效果,而GFRP锚杆强度高、耐腐蚀等性能均弥补了常规锚杆的不足。为研究其在隧道支护体系中的承载力性能,结合具体工程在现场Ⅳ、Ⅴ级围岩开展了拉拔力作用下GFRP锚杆和常规锚杆的受力特性对比研究。结果表明:GFRP锚杆在拉拔力作用下其杆体受力远远小于其抗拉强度极限,且外荷载对GFRP锚杆的影响深度小于其对常规锚杆的影响深度,验证了GFRP锚杆用于隧道支护体系的工程可行性。但锚固材料和锚固质量对GFRP锚杆杆体受力影响较大,为确保GFRP锚杆的实际应用效果,现场应用时应选择恰当的锚固材料并保证锚固质量。     

锚杆支护方式对边坡稳定性的影响研究

基于极限平衡法验算锚固边坡的安全系数,考虑了锚杆锚固角、锚杆长度、锚固位置、锚杆布设形式这些影响因素,利用GEO-SLOPE商业软件计算了边坡的安全系数,并得到了一些规律：①锚固边坡存在最优锚固角,不同长度锚杆的最优锚固角一致,大致在20°左右;②锚杆在坡面的位置对边坡安全系数也有很大影响,随着锚杆由坡顶向下移动过程中,安全系数呈现先增大后减小的趋势,在坡面中下部时的安全系数最大;③从锚杆的布设形式可以看出,中下部锚杆对边坡的安全系数影响最大。     

锚杆支护在公路边坡加固中的应用

为研究锚杆支护在公路边坡加固中的应用效果,本文首先对锚杆支护的施工工艺进行了总结,并采用数值分析方法研究了锚杆长度、倾角和间距对其支护效果的影响。结果表明:在临界长度范围内增加锚杆长度能有效提高边坡安全系数;锚杆支护存在最佳锚固倾角;锚杆间距增大时边坡安全系数逐渐减小,且减小速率逐渐加快;本工程采用长度7m、倾角15°和间距4m的锚杆支护能取得良好应用效果。     

砂浆锚杆的有限元模拟方法探讨

针对现有砂浆锚杆有限元模拟方法的局限性与不足，在深入探讨砂浆锚杆的力学机理的基础上，提出了一种包含锚杆、砂浆以及接触面的新型复合锚杆单元，该单元不仅能反映锚杆的轴向受力作用，还能反映锚杆的抗弯以及锚杆与岩体接触面的剪切滑移效应，并利用有限元基本理论，推导了新型复合锚杆单元刚度矩阵及相关计算公式，并编制了相应的计算程序，工程实例分析表明：模型能够满足工程要求，具有一定的理论与工程实用价值。     

砂浆锚杆的有限元模拟方法探讨

针对现有砂浆锚杆有限元模拟方法的局限性与不足,在深入探讨砂浆锚杆的力学机理的基础上,提出了一种包含锚杆、砂浆以及接触面的新型复合锚杆单元,该单元不仅能反映锚杆的轴向受力作用,还能反映锚杆的抗弯以及锚杆与岩体接触面的剪切滑移效应,并利用有限元基本理论,推导了新型复合锚杆单元刚度矩阵及相关计算公式,并编制了相应的计算程序,工程实例分析表明: 模型能够满足工程要求,具有一定的理论与工程实用价值.     

燕山山区竖向岩石锚杆基础的破坏形式及应变特征分析

根据现场试验,从锚杆基础破坏前后的形态、地面隆起变形测量、裂缝展开测量等分析,研究燕山区强风化花岗岩和片麻岩中竖向锚杆基础的破坏形式;通过量测锚杆基础不同荷载条件下不同深度的应变,分析强风化岩体中的锚杆基础的应变特征;通过在同一荷载条件下对不同长度锚杆基础施加竖向荷载,得出该区域范围强风化花岗岩和片麻岩中竖向锚杆的最优长度经验值。为该竖向岩石锚杆基础的应用提供实践经验。     

桥梁用高强锚杆组件的设计与试验

对桥梁用高强锚杆组件进行设计研究,提供了一种高强锚杆组件的结构设计思路及锚固方案,完成了高强锚杆、球面螺母、球面垫片、止退螺母的结构设计与强度校核;结合工程应用需求,完成了设计载荷为1 500 kN、1 200 kN、800 kN高强锚杆组件的设计计算,形成了 M85、M76、M64等高强锚杆尺寸系列.经分级张拉锚固工艺进行静载试验验证,所设计的高强锚杆组件满足设计及使用要求.