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1、1岩土锚固设计理论与方法岩土锚固设计理论与方法岩土锚固设计理论与方法?岩土锚固的特点、应用范围及进展?岩土锚杆（索）类型及特点?岩土锚固的基本原理与力学作用岩土锚固的特点、应用范围及进展岩土锚固的特点、应用范围及进展?岩土锚固技术:把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土 自身的强度和自稳能力的一门工程技术 。岩土锚固技术:把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土 自身的强度和自稳能力的一门工程技术 。?特点：特点：?1) 地层开挖后，迅速提供支护抗力，有利于保护地层的固 有强度，阻止地层的进一步扰动，从而有效地控制地层变 形的发展，提高施工过程的安全性；地层开挖后，迅速提供支护抗力，有利于保护地层的
2、固 有强度，阻止地层的进一步扰动，从而有效地控制地层变 形的发展，提高施工过程的安全性；?2）能够提高地层中软弱结构面和潜在滑移面的抗剪强 度，改善地层岩土体的应力状态以及其它的力学性能，使 其向有利于稳定的方向转化；）能够提高地层中软弱结构面和潜在滑移面的抗剪强 度，改善地层岩土体的应力状态以及其它的力学性能，使 其向有利于稳定的方向转化；?3）能将结构物和地层紧密地连锁在一起，充分调动岩土 体自身的强度和自稳能力，使之与结构物形成共同的工作 体系，从而能够显著地节约工程材料，提高经济效益；）能将结构物和地层紧密地连锁在一起，充分调动岩土 体自身的强度和自稳能力，使之与结构物形成共同的工作
3、体系，从而能够显著地节约工程材料，提高经济效益；?4）锚杆的作用部位、方向、结构参数、布设密度及施作 时间等都可以根据需要方便地设定和调整，从而能以最小 的支护抗力，达到最佳的稳定效果；）锚杆的作用部位、方向、结构参数、布设密度及施作 时间等都可以根据需要方便地设定和调整，从而能以最小 的支护抗力，达到最佳的稳定效果；?5）岩土锚固技术应用的灵活性与施工的快速性使得其对 于预防和整治边坡、加固和抢修出现病害的结构物具有独 特的功效，有利于确保工程的安全。）岩土锚固技术应用的灵活性与施工的快速性使得其对 于预防和整治边坡、加固和抢修出现病害的结构物具有独 特的功效，有利于确保工程的安全。岩土锚固
4、的发展岩土锚固的发展 国外国外：l911年美国矿山巷道支护中利用的岩石锚杆； l918年西利西安矿山开始使用锚索支护；l934年舍尔 法坝采用了预应力锚杆(索)； 目前各类岩石锚杆已达数百种之多，并且许多国家 和地区先后都制定了锚杆规范或推荐性标准。 国内：国内：我国在20世纪50年代开始应用岩石锚杆，60年 代开始大量采用锚固技术，特别是在我国矿山巷 道、铁路、公路、地铁隧道、排水遂洞等地下工程 中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。 目前：目前： 近年来随着高速公路的迅猛发展，在公路边 坡、大型滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技 术。岩土锚固技术几乎遍及土木工程各个领域，如 边坡、基坑
5、、隧道、坝体、码头、船闸、桥梁等。应用范围应用范围?1边坡稳固工程：边坡加固、锚固挡墙和滑坡防治。?2地下结构工程支护：矿山硐室、巷道工程、地下停车 场、地下隧道和车站硐室等。?3深基坑支护：深基坑、高层建筑地下室抗浮等。?4结构抗倾覆：防止高塔、高架桥、坝体倾倒以及挡土墙 倾覆等。?5井巷及隧道工程支护:防止隧道坍塌和控制围岩变形。?6道桥基础加固：防止桥墩基础滑动、悬臂桥锚固、吊桥 桥墩锚固、大跨度拱形结构物稳固。?7现有结构物补强：利用锚固技术对已产生裂缝、变形和 滑移等破坏的现有结构加固处理。?8其他工程：对水坝下游冲击区和排洪冲击区锚固保护等。?锚杆组成：由锚头、锚固段和自由段三大部
6、分组成。锚杆组成：由锚头、锚固段和自由段三大部分组成。?(1)锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、 锚具、保护帽和外端锚筋组成。锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、 锚具、保护帽和外端锚筋组成。?(2)锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应 按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应 按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。1-台座；台座；2-锚具；锚具；3-承压板；承压板；4-支挡结构；支挡结构；5-钻孔；钻孔；6-自由隔离层；自由隔离层；7-钢筋；钢筋；8
7、-注浆体；注浆体；Lf- 自由段长度；自由段长度；La-锚固段长度锚固段长度岩土锚杆（索）类型及特点岩土锚杆（索）类型及特点2锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构 体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构 体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。（一）锚杆(索)的结构（一）锚杆(索)的结构1-台座台座 2-锚具锚具 3-承压板承压板 4-支挡结构支挡结构 5-钻孔钻孔 6-自由隔离层自由隔离层 7-钢筋钢筋 8-注浆体注浆体 Lf-自由段长度自由段长度 La-锚固段长度锚固段长度（一）锚杆(索)的结构（一）锚杆(索)的结构1-台座台座 2-锚具锚具 3-
8、承压板承压板 4-支档结构支档结构 5-自由隔离层自由隔离层 6-钻孔钻孔 7-对中支架对中支架 8-隔离架隔离架 9-钢绞线钢绞线 l0-架线环架线环 ll-注浆体注浆体 12-导向帽导向帽 Lf-自由段自由段 La-锚固段锚固段?(3)自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉 筋、防腐构造和注浆体组成。影响锚杆的变形量。?(4)锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置 的部件，如定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等 (图6。2)。1-台坐；2-锚具；3-承压板；4-支档结构；5-自由隔离层；6-钻孔；7-对 中支架；8-隔离架；9-钢绞线；l0-架线环；ll-注桨体；12
9、-导向帽；Lr-自 由段；La-锚固段锚杆分类锚杆分类?1）按应用对象可分为：岩石锚杆、土层锚杆和海 洋锚杆。?2）按是否预先施加应力可分为：预应力锚杆（主 动式锚杆）和非预应力锚杆（被动式锚杆）。?3）按锚杆体材料可分为：金属锚杆、木锚杆、竹 锚杆和钢筋混凝土锚杆。?4）按锚固体形态可分为：圆柱型锚杆、端部扩大 型锚杆和连续球体型锚杆。?5）按锚固机理可分为：?粘结式锚杆：水泥砂浆锚杆和树脂锚杆；?摩擦式锚杆：管缝式锚杆和水胀式管状锚杆；?机械式锚杆：胀壳式锚杆和楔缝式锚杆。3锚杆分类锚杆分类?水泥砂浆粘结锚杆：水泥砂浆粘结锚杆：?A型：岩石和坚硬土?B型：软弱裂隙岩石、粗 粒淤泥层、细粒粘
10、性土?C型：细粒粘性土?D型：坚硬沉积粘性土锚杆分类锚杆分类?1）管缝式锚杆胀壳式锚杆锚杆分类锚杆分类?按锚固段受力状态分：拉力型锚杆、压力 型锚杆、拉力分散型锚杆、压力分散型锚 杆、拉压分散型锚杆等几大类。其中拉力 分散型、压力分散型和拉压分散型三种锚 杆又可统称为荷载分散型锚杆。锚杆分类锚杆分类?a)拉力型锚杆拉力型锚杆?b)压力型锚杆压力型锚杆?c)拉力分散型锚杆拉力分散型锚杆?d)压力分散型锚杆压力分散型锚杆?e)拉压分散型锚杆拉压分散型锚杆岩土锚固的基本原理与力学作用岩土锚固的基本原理与力学作用?工程界得到普遍认同 的有工程界得到普遍认同 的有4种：种：?悬吊作用原理悬吊作用原理?组
11、合梁作用原理组合梁作用原理?挤压紧固作用原理挤压紧固作用原理?连续压缩拱作用原理连续压缩拱作用原理岩土锚固的基本原理与力学作用岩土锚固的基本原理与力学作用?（1）悬吊理论（1）悬吊理论 把由于开挖、爆破等造成的松动岩块稳固 （悬吊）在稳定岩层上，防止破碎岩块冒落。在坚硬的节 理发育的岩块处，锚杆通常起这种作用；?（2）组合梁理论（2）组合梁理论 对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆 群能把数层岩层连在一起，增大层间摩阻力，从结构力学 观点来看，就是形成组合梁；?（3）挤压紧固作用的增强原理（3）挤压紧固作用的增强原理 对于节理密集破碎岩体、 较为软弱的土体，施加锚杆，可使破碎岩体具有完整性， 在
12、软弱土体中增加筋骨，因而增强了锚固区围岩土体的强 度(如弹性模量E、凝聚力c 等)?（4）连续压缩拱作用原理（4）连续压缩拱作用原理 锚杆能限制、约束围岩土体变 形，并向围岩土体施加压力，从而使处于二维应力状态的 地层外表面岩土体保持三维应力状态，在圆形洞室中形成 承载环，在拱形洞室中形成承载拱，因而能制止围岩土体 强度的恶化；?（5）销钉理论（5）销钉理论 锚杆穿过滑动面时，所表现出的阻滑抗剪 作用4岩土锚固作用机理研究岩土锚固作用机理研究?岩土工程从概念上讲可分为岩土工程从概念上讲可分为3 个发展阶段：结构工程概念； 岩土工程概念；地质工程概念。个发展阶段：结构工程概念； 岩土工程概念；地
13、质工程概念。?（1）建立在结构工程概念之上，其基本特征是）建立在结构工程概念之上，其基本特征是“荷载荷载-结 构结 构”模式把岩土体中可能破坏部分的重量及其他外力作为荷 载由支护承担，锚杆支护的悬吊理论、组合梁理论、成拱 理论，都是沿用早期结构工程概念，采用结构力学方法建 立的。模式把岩土体中可能破坏部分的重量及其他外力作为荷 载由支护承担，锚杆支护的悬吊理论、组合梁理论、成拱 理论，都是沿用早期结构工程概念，采用结构力学方法建 立的。?（2）建立在岩（土）体工程概念之上，强调充分发挥围岩 土体的自身强度及自稳能力，它使锚杆支护由支撑概念转 变为加固概念，由被动承载改变为主动加固。这是岩土锚
14、固理论在思想上的巨大进步，为岩土锚固理论的发展开辟 了新天地。）建立在岩（土）体工程概念之上，强调充分发挥围岩 土体的自身强度及自稳能力，它使锚杆支护由支撑概念转 变为加固概念，由被动承载改变为主动加固。这是岩土锚 固理论在思想上的巨大进步，为岩土锚固理论的发展开辟 了新天地。?（3）地质工程概念，不仅充分考虑岩土体自稳能力，还考 虑环境因素与工程的相互作用。建立在此基础上的岩土锚 固作用机理的研究还比较少见，但是在工程实践上已大量 出现，比如在城市深基坑工程中可回收锚杆的应用便是一 例。）地质工程概念，不仅充分考虑岩土体自稳能力，还考 虑环境因素与工程的相互作用。建立在此基础上的岩土锚 固作用机理的研究还比较少见，但是在工程实践上已大量 出现，比如在城市深基坑工程中可回收锚杆的应用便是一 例。岩土锚固的基本原理与力学作用岩土锚固的基本原理与力学作用?存在问题：?（1）理论研究明显滞后于工程应用研究；?（2）对锚固体力的传递只有定性描述，在 设计中大都采用粘结应力均匀分布的形；?（3）锚杆（索）加固机理也没有统一的认 识，缺乏行之有效，合理的计算方法；?(4) 理论分析和数值分析与实际情况出入较 大。采用等效模型评论锚杆（索）的加固 作用，岩体力学参数的选取往往很难准确 把握。（性能试验）
