本發(fā)明屬于巖土錨固效果評價技術(shù)與錨固補強控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種全長粘結(jié)性土錨脫粘長度及動態(tài)錨固力測定方法。
背景技術(shù)：
：錨固技術(shù)的實現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代巖土工程的一個重要標志，作為巖土工程加固最有效措施之一，具有對結(jié)構(gòu)的擾動小，可控制結(jié)構(gòu)的變形，施工速度快，實用、安全、經(jīng)濟等特點，尤其預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)能充分發(fā)揮錨固體系的自身強度和自承能力，能大大減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省工程材料，降低成本等，已在建筑基坑、交通邊坡、礦山邊坡、橋梁錨固、硐室與地下工程等工程中被廣泛應(yīng)用，對推動大規(guī)模和超大規(guī)模的工程建設(shè)有著極其重要的意義。目前，錨固工程研究的熱點主要是圍繞錨固段側(cè)阻力的分布特征、極限抗拔承載力、荷載-位移關(guān)系和錨桿預(yù)應(yīng)力損失等方面，取得了眾多科研成果，并積累了豐富的經(jīng)驗。大量工程實例顯示，錨固失效往往是在砂漿錨固體與巖土界面優(yōu)先形成剪切滑移而破壞，特別是在土體施工開挖過程中土錨結(jié)構(gòu)最為常見。土體錨固機理主要是通過桿體荷載傳遞來補償開挖卸荷帶荷載，使應(yīng)力重分布后再達到新的平衡而穩(wěn)定。在理論研究中，通常假定土錨結(jié)構(gòu)介質(zhì)材料是均質(zhì)、連續(xù)、各向同性等，且在錨固服役期內(nèi)材料的物理力學(xué)參數(shù)是不變化的，而很少考慮錨固脫粘、錨土界面相對位移和動態(tài)錨固力衰減等對錨固參數(shù)和錨固效果的影響而造成的錨固失效事故屢見不鮮，同時涉及錨固脫粘、錨土界面相對位移和動態(tài)錨固力監(jiān)測檢測方法的專利案例也尚不多見，并且在錨固工程設(shè)計和施工過程中仍然采用經(jīng)驗或半經(jīng)驗法，這樣對錨固效果和注漿補強很難做出定量評價，加上工程上錨固力的測試大都采用錨桿應(yīng)力計、聲波探測、光纖位移傳感技術(shù)，甚至進行的是破壞性實驗，且大部分實驗結(jié)果也是得到的瞬時值，錨固長度也是通過繁瑣計算根據(jù)塑性區(qū)范圍來確定，該類方法不僅技術(shù)難度高、成本高而且環(huán)境要求也較高，因此脫粘長度和錨固力的動態(tài)變化是一個技術(shù)難題，尚缺簡便可行的解決辦法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種監(jiān)測與計算過程明確，操作簡便、環(huán)境適應(yīng)性強、成本低的全長粘結(jié)性土錨脫粘長度及動態(tài)錨固力測定方法。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的：該全長粘結(jié)性土錨脫粘長度及動態(tài)錨固力測定方法，主要是：基于錨土界面優(yōu)勢剪切破壞特征，根據(jù)桿體與錨固體完全耦合時錨固體的總位移組成、錨土界面剪應(yīng)力指數(shù)衰減特征及其滑移失效評定，確定錨固結(jié)構(gòu)脫粘長度變化值，再進一步得到動態(tài)錨固力。具體包括如下步驟：(一)錨固結(jié)構(gòu)頂端錨孔邊緣錨固體與土體表面位置點位移監(jiān)測網(wǎng)的布置，包括如下步驟：(1)在邊坡各錨固結(jié)構(gòu)頂端錨孔邊緣的錨固體表面及其靠近的土體表面兩處布設(shè)位移監(jiān)測點，在邊坡以外穩(wěn)定的區(qū)域布置含基樁的基準點，以基準點為原點，建立全局直角坐標系，并沿待測錨桿形成監(jiān)測網(wǎng)；(2)以錨固體頂端中心為原點，沿錨固體軸向及其垂直方向為坐標軸，建立局部直角坐標系；(二)通過GPS獲得步驟(一)中基準點和監(jiān)測點的坐標，再通過換算得到錨固體與土體的軸向位移，確定錨土界面相對剪切位移；(三)根據(jù)步驟(二)所測位移，理論推導(dǎo)得到脫粘長度；(四)結(jié)合錨固體的總位移組成，進一步得到剩余錨固段長度的變化值；(五)最后獲得所測錨桿的動態(tài)錨固力。進一步，上述第(二)步包括如下具體步驟：通過GPS獲得基準點和監(jiān)測點的坐標，根據(jù)坐標換算分別得到錨固體和土體的軸向位移Δsi(i＝1,2)：Δsi＝L'cos(θ+β2)-Lcos(θ+β1)(1)；當錨固體軸向位移Δsg和土體軸向位移Δss兩者位移不協(xié)調(diào)時，便產(chǎn)生錨土界面相對剪切位移Δs：Δs＝Δsg-Δss(2)；式中：θ為全局直角坐標系與局部直角坐標系的夾角，Δs為錨土界面相對剪切位移，Δsg為錨固體軸向位移，Δss為靠近錨固體的土體軸向位移，L'為測點A'到基準點的初始距離，β2為測點A和基準點連線與全局直角坐標系X軸的初始夾角，L為測點A到基準點的動態(tài)距離，β1為測點A和基準點連線與全局直角坐標系X軸的動態(tài)夾角，A'為初始點，A為初始點A'的動態(tài)變化點。進一步，上述第(三)步中理論推導(dǎo)得到脫粘長度，包括如下具體步驟：(1)因為錨固性能往往是通過錨固體與土體的剪切強度發(fā)揮作用，當錨固體與土體產(chǎn)生相對剪切位移而脫粘，就會導(dǎo)致錨固失效；(2)基于錨土界面優(yōu)勢剪切破壞特征，根據(jù)桿體與錨固體完全耦合時錨固體的總位移sT主要由自由段位移sf、錨固段位移sa和錨土界面相對剪切位移ss組成，為簡化分析不考慮其它構(gòu)造和位移形式，因考慮是全長粘結(jié)性錨桿，即自由段位移sf＝0，得到：sT＝sa+ss(3)；(3)大量實驗顯示，錨固段的剪應(yīng)力呈非均勻分布，在錨固段前端剪應(yīng)力最大，沿錨固段逐漸降低直至為零，該剪應(yīng)力擬采用指數(shù)衰減分布形式，即可獲得脫粘段范圍相對剪切位移，錨固段剪應(yīng)力計算式為：τ(x)＝Aγsdmexp[B(x/dg)](4)；其中：；B＝-4Adm＝2.5(1-υs)La式中：Gs,Gg分別為土體和砂漿的剪切模量，Eb為桿體的彈性模量，dg為錨固體直徑，db為桿體的直徑，dm為受錨土體沿徑向的影響范圍，La為錨固段長度，υs為土的泊松比，γs為土的容重；因錨土界面相對剪切位移主要由剪應(yīng)力引起，于是在脫粘段范圍相對剪切位移定義為：結(jié)合式(4)，將式(5)變形：(4)通過位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合式(1)和式(2)，可以分別得到錨固體與土體的軸向位移，即Δsg和Δss，進一步獲得錨土界面相對剪切位移Δs；(5)根據(jù)步驟(4)中錨土界面相對剪切位移Δs，代入式(6)后，積分計算得到脫粘段長度x＝Ls。進一步，上述第(四)步中剩余錨固長度Lr等于錨固段長度La與脫粘段長度Ls的差值，為：Lr＝La-Ls(7)。進一步，上述第(五)步中，根據(jù)工程錨固要求，通過公式(7)計算得到動態(tài)錨固力：Nd＝πdgLrτ0(8)；式中：Nd為動態(tài)錨固力，τ0為錨固體與土體的粘結(jié)強度；最后，根據(jù)式(8)動態(tài)錨固力與錨固荷載的比較結(jié)果，能夠?qū)﹀^固效果進行追蹤和有效評價以及必要的錨固補強。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果是：(1)本發(fā)明根據(jù)錨固體的剪切位移組成和錨土界面剪應(yīng)力的分布特征，確定脫粘長度，再進一步得到動態(tài)錨固力，可以有效地對錨固力進行動態(tài)監(jiān)測、錨固效果評價和錨固補強，減少災(zāi)害，且監(jiān)測與計算過程明確，操作簡便、環(huán)境適應(yīng)性強、成本低，能更好地指導(dǎo)實踐。(2)根據(jù)測定和計算可知，本發(fā)明的測定方法所得錨固段脫粘長度和動態(tài)錨固力具有較高的精確度，對于全長粘結(jié)性土層錨桿加固有較好的理論意義和經(jīng)濟價值。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明的監(jiān)測點位移計算圖。圖3為本發(fā)明的錨固段承載結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的監(jiān)測點平面布置示意圖。圖5為本發(fā)明實施例的土錨邊坡工程斷面示意圖。圖中，1為土體，2為桿體，3為錨固體，4為錨固體位移監(jiān)測點，5為土體位移監(jiān)測點，6為基準點，7為基樁。具體實施方式下面結(jié)合附圖以某錨桿加固土質(zhì)邊坡工程實施例，進一步詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。錨桿加固邊坡斷面圖如圖5所示，該土錨工程為均質(zhì)土質(zhì)邊坡加固，邊坡高度為11m，邊坡坡率為1:1.2，考慮抗拔安全所需錨固荷載為120kN。根據(jù)《土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》：錨桿垂直間距不宜小于2.5m，錨桿水平方向間距不宜小于2.0m。因此將該邊坡采用三層錨桿加固，錨桿長度為10m，安設(shè)傾角為20°，采用全長粘結(jié)式錨固方案，土錨結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)如下表1所示，位移監(jiān)測數(shù)據(jù)如下表2所示。表1土坡錨固材料物理力學(xué)參數(shù)表2位移監(jiān)測與換算數(shù)據(jù)錨固體位移sT/mm1.02.03.04.05.06.07.08.09.0土體位移/mm1.02.03.04.05.06.06.97.88.7相對剪切位移ss/mm------0.10.20.3脫粘長度Ls/m------0.090.120.16錨固體位移/mm10.011.012.013.014.015.016.0土體位移/mm9.610.311.111.612.112.713.2相對剪切位移ss/mm0.40.70.91.41.92.32.8脫粘長度Ls/m0.200.250.320.420.921.472.2本發(fā)明提供的全長粘結(jié)性土錨脫粘長度及動態(tài)錨固力測定方法，具體實施過程如下：步驟一：錨固結(jié)構(gòu)頂端錨孔邊緣錨固體與土體表面位置點位移監(jiān)測網(wǎng)的布置：在坡底以外穩(wěn)定的區(qū)域布置基準點(含基樁)，再在錨固結(jié)構(gòu)頂端表面的錨固體及其靠近的土體兩處布設(shè)位移監(jiān)測點，并沿待測錨桿形成監(jiān)測網(wǎng)。步驟二：通過GPS獲得基準點和待測點的坐標，再通過換算得到錨固體與土體的軸向位移，確定錨土界面相對剪切位移：以錨固體頂端中心為原點，沿錨固體軸向及其垂直方向為坐標軸，建立局部直角坐標系；再通過GPS測量系統(tǒng)獲得基準點與位移布置點的坐標，經(jīng)過換算分別得到錨固體與土體的軸向位移。步驟三：根據(jù)所測位移，理論推導(dǎo)得到脫粘長度：通過位移監(jiān)測，結(jié)合錨固體及其靠近的受錨土體坐標的實時變化值：(1)錨固體總位移sT＝6.0mm以前，沒有發(fā)生發(fā)生脫粘；(2)當錨固體總位移sT達到7.0mm時，發(fā)生了相對剪切位移ss＝0.1mm，再依次可以得到其它錨固體總位移sT所對應(yīng)的相對剪切位移值，見表2所示；(3)當錨固體總位移sT達到16.0mm時，相對剪切位移ss＝2.8mm，已出現(xiàn)了明顯的滑移現(xiàn)象。根據(jù)第(3)步中相對剪切位移值ss＝2.8mm，結(jié)合公式(6)積分計算得到此時脫粘段長度Ls＝2.2m。步驟四：進一步得到剩余錨固段長度的變化值：剩余錨固長度Lr等于錨固段長度La與脫粘段長度Ls的差值，其計算公式為：Lr＝La-Ls(7)；具體數(shù)值見表2所示。步驟五：最后獲得所測錨桿的動態(tài)錨固力：根據(jù)工程錨固要求，通過公式(8)計算得到動態(tài)錨固力：N＝πdgLrτ0(8)；(1)最初錨固力：N＝3.14×0.11×10×42＝145kN；(2)當脫粘段長度Ls＝1.47m時的錨固力：N＝3.14×0.11×8.53×42＝123kN；(3)當脫粘段長度Ls＝2.2m時的錨固力：N＝3.14×0.11×7.8×42＝113kN；因此，當錨桿的總位移sT達到16.0mm時，脫粘段長度Ls＝2.2m，錨固力N＝113kN＜120kN，錨固已失效，尚需進行注漿補強，補注長度為2.2m。從以上實施例中可以看到，本發(fā)明能夠有效地對錨固力進行動態(tài)監(jiān)測、錨固效果評價和錨固補強，減少災(zāi)害，且監(jiān)測與計算過程明確，操作簡便、環(huán)境適應(yīng)性強、成本低，克服了錨固力固定及其復(fù)雜的動態(tài)監(jiān)測技術(shù)和補強注漿量依靠經(jīng)驗的問題，體現(xiàn)了較好的理論意義和經(jīng)濟價值，從而能更好地指導(dǎo)實踐。當前第1頁1 2 3