一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法
本发明涉及锚索支护，尤其涉及一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法。
背景技术：
1、在我国工业建设快速发展的背景下，锚索支护作为一项低成本、安全稳定的技术应用方法，而被广泛运用于建筑、水利、交通、国土和大量高边坡等工程中。现有的锚索锚固力计算公式也在一定程度上指导了锚索锚固施工作业。
2、在我国南方，尤其是西南的喀斯特地貌区域，石灰岩洼地水文地质区的岩溶发育较为显著，常常面临裂隙、溶洞、断层和破碎带等复杂地质条件。这些不连续的岩层不仅会加剧钻孔回填灌浆过程中漏浆和跑浆的问题，降低锚固效果，还可能使现有锚索锚固力的理论计算值偏高，从而影响支护结构的安全施工。
3、因此，如何建立一种适用于岩溶地区的自填充型锚索装置及其锚固力限值的计算方法，以指导锚索的安全施工，将是亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法。
2、本发明采用以下技术方案实现： 一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，包括如下步骤：
3、步骤1、制备自适应填充型锚索装置，并安装所述自适应填充型锚索装置；
4、步骤2、基于自适应填充型锚索装置建立锚固剪应力段坐标系；
5、步骤3、将通过溶隙段的自适应填充型锚索装置视为理想弹性轴向拉伸杆件，计算其在溶隙段中的锚索装置剪切位移的分布函数，确定锚索装置穿过的溶隙段与锚固剪应力段之间的协调平衡关系，最终得到自适应填充型锚索装置锚固力限值p的函数表达式。
6、具体地，在所述步骤1中，所述自适应填充型锚索装置采用帆布止浆袋包裹在锚索杆体的外侧，且帆布止浆袋和杆体之间形成用于填充浆液的密闭的空间。
7、具体地，所述的锚固力限值p的函数表达式为：
8、
9、上式中为与第1段岩层剪切刚度有关的常数，为第1段锚固的剪切应力， 为弹性模量，为与第1段锚固有关的待定参数，为第1段岩层中变形的最大剪切影响半径，为周边第1段岩体的剪切模量，d为锚固体直径。
10、结合锚索边界条件，锚固段始端，得出锚固段始端连续锚固体锚索轴力的分布表达式为：
11、
12、具体地，所述步骤2的操作步骤具体如下：
13、明确自适应填充型锚索穿过的溶隙段与锚固剪应力段之间的相对位置关系及其相关参数，然后建立锚固剪应力段坐标系，所述锚固剪应力段坐标系以锚索的锚固始端为原点，以锚索长度方向为x轴。
14、构建锚索微段静力平衡分析模型。
15、在锚固剪应力段坐标系中，为锚索锚固段总长度，n为锚索锚固段中溶隙的个数，i为从锚固始端起锚固的顺序数，为第i段锚固长度，xi为第i段锚固，ki为第i段锚固的剪切刚度，τi为第i段锚固的剪切应力，p为锚索锚固力，x为距锚固始端距离。
16、第i段锚固的剪切刚度ki的计算方式如下：
17、
18、上式中为圆周率，为周边第i段岩体的剪切模量，为第i段岩层中变形的最大剪切影响半径，d为锚固体直径。
19、第i段岩层中变形的最大剪切影响半径的计算方式如下：
20、
21、上式中为第i段岩层的泊松比。
22、建立微段静力平衡方程如下：
23、
24、上式中为锚固体微段的拉力，c为锚固体的周长，为微段剪切应力，为锚固体微段长度，为微段剪切位移，a为锚固体微段界面面积，为复合弹性模量。
25、复合弹性模量的计算方式如下：
26、
27、上式中，为注浆体弹性模量，为锚索弹性模量，n为锚索根数，d为锚索直径，d为锚固体直径。
28、具体地，所述步骤3中的锚固力限值p的函数表达式的确定步骤如下：
29、步骤s31、由步骤2中的微段，确定剪切位移的分布函数。
30、
31、上式中，为第i段锚固体与周围岩体剪切面上的剪切位移，和为待定系数，为双曲正弦函数，为双曲余弦函数，为与第i段岩层剪切刚度有关的常数；与第i段岩层剪切刚度有关的常数的计算方式如下：
32、
33、上式中，为第i段岩层的剪切刚度。
34、步骤s32、考虑溶隙与岩层界面处左右两段剪应力分布的连续性，采用步骤s31所得的剪切位移的分布函数的表达式，则有：结合锚索交接处剪切位移相等，得出交接处锚索剪切位移等式为：
35、
36、上式中，和为与第i段锚固有关的待定系数，和为第i+1段锚固有关的待定系数。
37、步骤s33、考虑非溶隙段左右两段剪应力分布的连续性，采用步骤s31所得的剪切位移的分布函数的表达式，则有：结合锚索交接处轴向力相等，得出交接处锚索轴向力等式为：
38、
39、步骤s34、采用步骤s32中所得的交接处锚索剪切位移表达等式，则有等式为：
40、
41、
42、上式中为与第i段锚固有关的待定参数，为与第i+1段锚固有关的待定参数。
43、步骤s34.1、结合锚索边界条件，锚固段始端，得出锚固段始端连续锚固体锚索轴力的分布表达式为：
44、
45、步骤s34.2、采用步骤s4.1中所得的锚固段始端连续锚固体锚索轴力的分布表达式，则有等式为：
46、
47、步骤s35、结合锚索边界条件，锚固段始端τ|x＝0＝τ1，得出锚固段始端连续锚固体剪应力的分布表达式为：
48、
49、步骤s36、结合锚索边界条件，锚固段末端，得出锚固段末端连续锚固体锚索轴力的分布表达式为：
50、
51、步骤s37、采用步骤s35中所得的锚固段末端连续锚固体锚索轴力的分布表达式，则有等式为：
52、
53、上式中为与锚固段末端有关的待定参数。
54、相比现有技术，本发明的有益效果在于：
55、本发明提出的自适应锚索装置，无需探测钻孔溶隙的具体分布情况，锚索锚固施工时不仅可以自适应填充溶隙，还可以克服裂隙、溶洞、断层、破碎带等复杂地质条件下钻孔回填灌浆时的漏浆、跑浆问题，进而保证钻孔内灌浆的密实要求和锚固效果。
56、本发明提出的锚固力计算方法，给出了岩溶地区不连续岩层锚索锚固力的理论计算解析解，为当前支护结构施工安全领域提供了理论支撑，弥补了岩溶地区不连续岩层锚索锚固力的理论计算不精确问题。
技术特征：
1.一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述自适应填充型锚索装置采用帆布止浆袋包裹在锚索杆体的外侧，且帆布止浆袋和杆体之间形成用于填充浆液的密闭的空间。
3.如权利要求1所述的一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，其特征在于，所述步骤2的操作步骤具体如下：
4.如权利要求1所述的一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，其特征在于，所述步骤3中的锚固力限值p的函数表达式的确定步骤如下：
技术总结
本发明涉及锚索支护技术领域，公开了一种自适应填充型锚索锚固力限值计算方法，包括如下步骤：步骤1、制备自适应填充型锚索装置，并安装所述自适应填充型锚索装置；步骤2、基于自适应填充型锚索装置建立锚固剪应力段坐标系；步骤3、计算其在溶隙段中的锚索装置剪切位移的分布函数，确定锚索装置穿过的溶隙段与锚固剪应力段之间的协调平衡关系，最终得到自适应填充型锚索装置锚固力限值P的函数表达式。本发明提出的锚固力计算方法，给出了岩溶地区不连续岩层锚索锚固力的理论计算解析解，为当前支护结构施工安全领域提供了理论支撑，弥补了岩溶地区不连续岩层锚索锚固力的理论计算不精确问题。
技术研发人员：朱永东,史文兵,何旭东,王勇,梁风
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5