浅谈锚固技术在岩土工程中的应用与研究

摘要：在本篇文章中，笔者主要就锚固技术在工程当中的运用及其以后的发展态势进行阐述，并针对锚固技术中锚杆承载的力学模型与传力机理加以具体化地比较与分析。与此同时，还详细地评价了实际问题的处理过程当中的不同的技术方式的限制和优势。

关键词：锚固机理；力学模型；锚固技术的运用；摩阻力

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

一、锚固技术的剖析

近年来，锚固技术取得了迅猛的发展，且渐渐受到了工程技术人员的高度关注。在岩土体施工与开发的过程当中，倘若对土体内部进行卸载，那么将会使得土体出现内部力重布局的现象，造成应力场出现波动之后再次实现平衡，进而促使土体发生变形，抑或是力重布局之后土体单元的应力超过一定的范围出现崩塌。通常来说，工程上之所以会出现岩崩、滑坡以及地面下沉等地质灾害，均是因为土体内立场分布不佳。国外于1911年第一次把锚杆运用到矿山隧道支护上。直至现在，我国锚杆已经被普遍运用到岩土工程的许多领域当中，例：水电、国防、矿山以及建筑等工程领域。

20世纪40年代，前苏联与美国均成功地把锚杆运用到井下隧道支护的工作当中去了，还将其广泛地运用到水利隧道、金属矿山、煤矿与别的地下工程当中。自20世纪50年代开始，中国自前苏联将锚杆技术引入之后到今天，锚杆技术从探索到运用都实现了飞快的发展，并慢慢地产生了与我国地质相适应的技术特征。尤其是在上世纪八十年代之后，将喷射混凝土支护、信息反馈技术、锚杆以及现场监控测量充分结合起来，在地质繁杂的地下工程当中，大力运用分期施工、及时支护、全环封闭等一系列的将围岩自承能力充分发挥出来的设计原则，比方说军都山隧洞工程等极具典型性的锚固工程的建成，象征着我国以软岩之中的锚固技术最为突出的岩土锚固技术的发展从根本上取得了的重大飞跃。如今，我国在施工手段上主要运用的是水泥注浆的锚杆，尽管其成本值较低，但是其性价比与树脂锚固不可比及。当前，树脂锚杆已经在发达国家的地下工程与矿山工程取得了广泛地运用，而我国树脂锚杆的运用与探索，与国外相比依旧存有较大的距离。

二、锚杆的种别的划分

作为锚杆技术当中的主要运用的支护手段，锚杆相较于传统的被动支护具备环境影响小、占用空间少、社会效益显著、工作效率高等优越性。其能够主动地促使岩土体加固，避免出现坍陷的现象。目前存在着上百种锚杆，但是归结起来可划分成以下几种：

（1）依照是否施加预应力来划分，可划分成非预应力锚杆与预应力锚杆。预应力锚杆可先于土移供应出锚固力，促使土移减小，确保土体处在原先的稳定应力场上。

（2）依照运用对象可分成岩层锚杆与土层锚杆。二者在传力机理上存在着一些差别。土锚的破坏面处于注浆体和围岩之间，而岩锚的破坏面或许会处于注浆体和锚杆之间，或许会出现在围岩和注浆体之间。

（3）依照锚固体传力手段可分成拉力式锚杆、压力式锚杆以及按压型锚杆。要想对土体应用场进行维持，通常会选用拉力型锚杆，此压力型主要运用在高耸结构的基础内。

（4）依照锚固机理可将其划分成摩擦式锚杆、粘结式锚杆以及端头锚固式锚杆。前两者的传力机理差不多，且应用的范围最广，而后者则受限于土体类型与施工条件，在运用上存在着很大的问题。

（5）依照锚固形态其可划分成端部扩大型锚杆、圆柱形锚杆以及连续球形锚杆。

三、锚杆的锚固机理

锚杆之所以能够供应承载力，主要归功于一端稳固的锚固在深层、稳定的土体中。而锚固机理主要是指内力传递与锚固段的抗力。而端头锚固式锚杆的锚固机理与粘结式锚杆存在着很大的区别。下图1、2为锚杆的受力简图。

图1 粘结式锚杆的受力简图 图2 端头锚固式锚杆的受力简图

粘结式锚杆的运用范围最广，而预应力锚杆的荷载传递机理为：当外加荷载于锚杆与注浆体间出现相互作用的时候，这个作用力会从注浆体传输至围岩处，对于锚固而言，围岩和注浆体、注浆体和敢提之间的力传递的可靠性是其最重要的。而对非预应力锚杆来说，特别是处于破碎岩石与软岩当中的锚杆，一般均将杆体与注浆体视成一个单元。非预应力锚杆的荷载传递机理与预应力荷载传递机理有所不同，其具体表现为：外荷载让锚固体和围岩间出现相对位移，所以可将出现的相互作用力当成锚固力。图1为粘结式锚杆的受力简图。针对端头锚固式锚杆，就拿螺旋锚来说吧，其主要构成要素为锚杆、锚片以及锚头。螺旋锚在施工的过程当中急需外力矩作用才可扭进土体。而岩体与叶片唯有在拉拔荷载的作用的前提下才会出现某种能够促使锚固体处于平衡状态的正压力。该锚杆无需注浆，且旋进土体的锚片可充当锚定板来使用。基于外力的作用，其表面将会出现和外力处于平衡状态的被动土压力。

四、摩阻力研究

摩阻力其实就是能够对承载力的值造成直接影响的锚固段及其附近土体的摩阻力。其探索方式主要涵盖了数值模拟、试验以及解析解。以下笔者将重点探讨数值解与试验解。

从试验我们不难发现，锚固长度与锚固力的增长成反比例的关系。由于锚固段长度的减小，锚固力的增速会随之放缓。然而，锚杆长度也会有一定的经济长度限制，一旦长度超过一定的范围，则会不利于承载力的增长。围岩和锚固段之间会于锚杆受力以后出现剪应力。但是其不会同锚杆承载力的峰值在同一时间段内产生。经试验可知，锚杆的传力机理是最可靠的方式，而理论计算对岩土体而言是件辅助方式。试验虽然可以取得理论上不能得到的数据，但是试验数据会受制于环境影响，致使相同锚杆在两次试验内得出的结果的差距大。

计算机的发展致使锚固的探索手段可选用数值解法，例：边界元、有限元等。数值模拟结果反映，一旦预应力呈现出逐步扩大的态势时，水泥浆体由于拉剪应变过大而出现剪切滑移的现象，远大于剪切强度的剪应力逐步朝着纵深方向转移，同工程实际相符。剪力型锚杆锚固体当中的应力布局范畴较大，且应力集中较为均匀、小；拉力型锚杆应力有着显著的集中迹象，应力主要布局在锚固段上部比较小的范畴内。一旦锚固体出现塑性变形之后，会减少应力集中程度，并使应力转到深部弹性区，导致深部锚固体表层应力变大。由于刚度变大的同时锚固段整体会实现位移，所以拉杆的刚度会极大地影响到锚固体表面应力的布局。倘若研究力学的介质是连续的，那么数值模拟将是解决该问题的最佳方式。该方法在处理整体性能较佳的岩土体上有着较好的模拟成效。但是，一旦土体出现破碎，其结果将会同实际产生比较大的差距，但通常岩土体结构的工作处于局部破碎的状况之下，故整体的稳定性不强。

五、结束语

总之，锚杆就是埋在岩土体当中凭借土体的结构性以使其稳定处于稳定状态，而对应力传递与承载力造成影响的因子比较多。由于所有研究均未将全部因子思索到，故没有充分地探究好岩土中的锚固。下面几大点依旧亟待提升，为以后锚固技术探索的重要对象。

1.未曾彻底意识到锚固体上应力布局规律。锚固体的峰值位置是不断波动的，且锚固体上的应力为不均匀的。然而，未曾形成一个完整的解析关系。

2.未曾充分地对接触介质的力学性能以及锚固体系进行探索。锚固破坏的主要对象为注浆体和杆体以及围岩和锚固段之间的界面。

3.缺乏统一的锚固体系的力学传递模型。因各个介质力学性能的繁杂性，当前尚未找出一个不仅仅能够体现出客观状况还能够与理论分析的解析解相符合力学传递模型。

参考文献

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