一种水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法。本发明专利技术方法主要是根据锚网面和锚杆布置的几何特征，建立地质探测剖面，得到锚杆的埋设位置；再在受锚土体结构的顶部边界钻两个垂直方向的钻孔，孔深至砂浆锚固体；接着在每个钻孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架将其固定，再在孔底位置锚固体边界上安设测力传感器；根据孔口定位架和百分表的读数，进行沿锚杆方向的位移换算确定锚杆的安设角度、锚土界面的相对滑移量和锚固段的剩余长度，根据测力传感器的测试结果进一步获得锚土界面的粘结力，最后通过理论解析确定锚固力。本发明专利技术简单易行、监测准确、环境适应性强、出现问题较少。

【技术实现步骤摘要】
一种水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种水环境下锚固结构的承载特性与预应力锚杆加固土体增强稳定性及水位变化过程中土层锚杆动态锚固力的测定方法。
技术介绍
水位变化对岩土工程结构物的影响主要体现在荷载条件改变、应力调整和材料强度的弱化等，其中荷载条件又是首要的，它主要涵盖浮托力、毛细力、动水压力、漂流物撞击力、波浪力、冲刷侵蚀和生物化学力等复杂应力效应；应力调整主要是水荷载引起岩土构筑物的应力条件变化而诱发岩土构筑物内部的应力重分布，使得应力路径改变，出现应力释放或应力集中；材料强度的弱化主要是水荷载效应改变了岩土颗粒的粘结，在外载作用下对微观结构进行调整，致使摩擦性及土体的强度指标降低。以上特征，水环境对岩土结构物的稳定性产生了严重的影响。锚杆加固主要是在预应力作用下，钢筋杆体将拉伸荷载传递给砂浆锚固体，进一步延伸到围岩土体，通过发挥锚固结构多重界面的粘结强度和受锚材料的抗剪强度，达到锚杆加固岩土结构的主动稳定，尤其预应力锚固技术能充分发挥受锚结构的自身强度和自承载特性、控制结构位移、改善锚固系统的应力条件，已在地下建筑结构、交通边坡、岸坡库坝等工程中被广泛应用，并推动了现代岩土加固技术的发展，具有重要的意义。目前，关于水环境下锚土界面的脱粘特性、锚固荷载传递、预应力损失和锚固力测定等问题一直是阻碍复杂条件下岩土工程防灾减灾与基础建设的拦路石，因锚固力损失直至锚固失效诱发的灾害事故屡见不鲜，然而在预应力锚杆加固岩土工程的设计和施工过程中，对于动态锚固力的取值和锚固效果大都是凭借经验，很少考虑水位变化对受锚结构材料的力学特性与稳定性的影响，也很难把握锚固力的实时变化特征，同时锚固力的测定仍然沿用陆上锚杆实验方法，锚固承载实验也是进行的瞬时破坏性实验，这样导致锚固承载力的失真。因此，水下锚固力的测定与实时跟踪是一个技术难题，尚缺简便高精度的测定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种简单易行、监测准确、环境适应性强、出现问题较少的水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法。本专利技术的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，包括如下步骤：(1)先在受锚土体结构的顶部边界通过地质雷达探测被测锚杆的埋设位置，并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度；(2)通过数值计算方法搜索水位变化过程中未经锚杆加固土体结构滑动面的形状和位置，再根据步骤(1)在受锚土体结构的顶部边界沿锚固段长度方向垂直钻两个钻孔，孔深至砂浆锚固体，前后两钻孔间距为1～2m，且尽量使前孔临近滑动面；(3)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架固定测钎杆，定位架间距为2m，定位架沿测钎杆从孔口垂直向下依次布置，其中孔口的定位架附水平刻度；测钎杆底端固定在砂浆锚固体的边界上，测钎杆的顶端高于钻孔口0.3～0.5m，通过定位架使测钎杆在钻孔中垂直方向移动；同时在测钎杆的顶端安设水平平板，并通过测钎杆螺纹固定平板，再在平板上方安设百分表，使百分表的底端与平板紧密接触，测度测钎杆垂直与水平向的位移，再进行沿锚杆方向的位移换算得到被测锚杆的安设角和锚土界面的相对位移；(4)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔孔底锚固体边界上固定安设测力传感器，结合步骤(3)锚土界面的相对位移获得锚固体的脱粘长度、锚固段的剩余长度和锚土界面的粘结力；(5)最后根据步骤(4)中锚土界面的粘结力，通过积分计算得到水位变化过程中土层锚杆的锚固力。具体的，步骤(1)所述先在受锚土体结构的顶部边界通过地质雷达探测被测锚杆的埋设位置，并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度，包括如下具体步骤：(a)根据锚头分布特征，将锚头集合来构建锚网面，再将锚网面内同列锚头进行连线，形成直线AD，再经过直线AD做锚网面的垂直平面ABCD，与受锚土体结构的顶部相交于直线DC，与受锚土体底部相交于点B，建立地质雷达探测剖面；(b)再沿探测线DC，通过地质雷达探测得到被测锚杆的埋设位置，根据雷达探测影像结果并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度。具体的，步骤(2)所述通过数值计算方法搜索水位变化过程中未经锚杆加固土体结构滑动面的形状和位置，再根据步骤(1)在受锚土体结构的顶部边界沿锚固段长度方向垂直钻两个钻孔，孔深至砂浆锚固体，前、后两孔间距为1～2m，且尽量使前孔临近滑动面，包括如下具体步骤：(a)以整体土体结构中过被测锚杆的垂直剖面为计算横断面，再沿宽度方向取2～3列锚杆间距为计算宽度，受锚土体高度的2～3倍为计算长度，确定数值模拟计算区域；(b)初始水位位于土体结构底部，以垂直速度v模拟水位上升，水荷载效应施加在受锚土体结构边界锚网面上，进行有效应力条件下土体结构的稳定性分析；(c)数值模拟中，根据剪应变率分布特征，以剪切塑性区贯通为收敛条件，搜索受锚土体最危险滑动面的形状和位置；(d)再在坡顶位置离滑动面1～2m处，沿锚杆锚固段长度在水平方向上垂直钻两个钻孔，为被测锚杆锚固力测试孔。具体的，步骤(3)所述根据步骤(2)所得钻孔，在每个孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架固定测钎杆，定位架间距为2m，定位架沿测钎杆从孔口垂直向下依次布置，其中孔口的定位架附水平刻度；测钎杆的底端固定在砂浆锚固体边界，测钎杆的顶端高于钻孔口0.3～0.5m，通过定位架使测钎杆在钻孔中垂直方向移动；同时在测钎杆的顶端安设水平平板，并通过测钎杆螺纹固定平板，再在平板上方安设百分表，使百分表的底端与平板紧密接触，测度测钎杆垂直与水平向的位移，再进行沿锚杆方向的位移换算得到被测锚杆的安设角和锚土界面的相对位移；其计算方法如下：(a)锚杆的安设角的计算：当|β1-β2|≤ε时，得到锚杆的安设角为：β＝(β1+β2)/2(3)；当|β1-β2|>ε时，须重新校正测钎杆，再次测量测钎杆的垂直与水平向位移；式中：Δx1、Δx2分别为通过孔口定位架测得前、后孔的水平滑移量；Δy1、Δy2分别为通过平板上方百分表测得前、后孔的垂直滑移量；β1、β2分别为通过位移计算得到前、后孔的锚杆安设角；ε为计算精度，取1°；(b)锚土界面的相对位移的计算：锚土界面的相对位移是通过测钎杆的水平滑移和垂直滑移量来实现的，通过对前、后两孔的相对滑移取平均值得到锚土界面的相对位移；u＝(Δl1+Δl2)/2(4)；其中：式中：u为锚土界面的相对位移；Δl1为前孔锚土界面的相对位移；Δl2为后孔锚土界面的相对位移；Δx1、Δy1分别为前孔测钎杆的水平位移和垂直位移量；Δx1、Δy1分别为后孔测钎杆的水平位移和垂直位移量。具体的，步骤(4)所述根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔孔底锚固体边界上固定安设测力传感器，结合步骤(3)锚土界面的相对位移获得锚固体的脱粘长度、锚固段的剩余长度和锚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)先在受锚土体结构的顶部边界通过地质雷达探测被测锚杆的埋设位置，并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度；/n(2)通过数值计算方法搜索水位变化过程中未经锚杆加固土体结构滑动面的形状和位置，再根据步骤(1)在受锚土体结构的顶部边界沿锚固段长度方向垂直钻两个钻孔，孔深至砂浆锚固体，前后两钻孔间距为1～2m，且尽量使前孔临近滑动面；/n(3)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架固定测钎杆，定位架间距为2m，定位架沿测钎杆从孔口垂直向下依次布置，其中孔口的定位架附水平刻度；测钎杆底端固定在砂浆锚固体的边界上，测钎杆的顶端高于钻孔口0.3～0.5m，通过定位架使测钎杆在钻孔中垂直方向移动；同时在测钎杆的顶端安设水平平板，并通过测钎杆螺纹固定平板，再在平板上方安设百分表，使百分表的底端与平板紧密接触，测度测钎杆垂直与水平向的位移，再进行沿锚杆方向的位移换算得到被测锚杆的安设角和锚土界面的相对位移；/n(4)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔孔底锚固体边界上固定安设测力传感器，结合步骤(3)锚土界面的相对位移获得锚固体的脱粘长度、锚固段的剩余长度和锚土界面的粘结力；/n(5)最后根据步骤(4)中锚土界面的粘结力，通过积分计算得到水位变化过程中土层锚杆的锚固力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)先在受锚土体结构的顶部边界通过地质雷达探测被测锚杆的埋设位置，并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度；
(2)通过数值计算方法搜索水位变化过程中未经锚杆加固土体结构滑动面的形状和位置，再根据步骤(1)在受锚土体结构的顶部边界沿锚固段长度方向垂直钻两个钻孔，孔深至砂浆锚固体，前后两钻孔间距为1～2m，且尽量使前孔临近滑动面；
(3)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架固定测钎杆，定位架间距为2m，定位架沿测钎杆从孔口垂直向下依次布置，其中孔口的定位架附水平刻度；测钎杆底端固定在砂浆锚固体的边界上，测钎杆的顶端高于钻孔口0.3～0.5m，通过定位架使测钎杆在钻孔中垂直方向移动；同时在测钎杆的顶端安设水平平板，并通过测钎杆螺纹固定平板，再在平板上方安设百分表，使百分表的底端与平板紧密接触，测度测钎杆垂直与水平向的位移，再进行沿锚杆方向的位移换算得到被测锚杆的安设角和锚土界面的相对位移；
(4)根据步骤(2)所得钻孔，在每个钻孔孔底锚固体边界上固定安设测力传感器，结合步骤(3)锚土界面的相对位移获得锚固体的脱粘长度、锚固段的剩余长度和锚土界面的粘结力；
(5)最后根据步骤(4)中锚土界面的粘结力，通过积分计算得到水位变化过程中土层锚杆的锚固力。


2.根据权利要求1所述水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，其特征在于：步骤(1)所述先在受锚土体结构的顶部边界通过地质雷达探测被测锚杆的埋设位置，并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度，包括如下具体步骤：
(a)根据锚头分布特征，将锚头集合来构建锚网面，再将锚网面内同列锚头进行连线，形成直线AD，再经过直线AD做锚网面的垂直平面ABCD，与受锚土体结构的顶部相交于直线DC，与受锚土体底部相交于点B，建立地质雷达探测剖面；
(b)再沿探测线DC，通过地质雷达探测得到被测锚杆的埋设位置，根据雷达探测影像结果并结合锚杆检测仪联合得到锚杆的长度和锚固段长度。


3.根据权利要求2所述水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，其特征在于：步骤(2)所述通过数值计算方法搜索水位变化过程中未经锚杆加固土体结构滑动面的形状和位置，再根据步骤(1)在受锚土体结构的顶部边界沿锚固段长度方向垂直钻两个钻孔，孔深至砂浆锚固体，前、后两孔间距为1～2m，且尽量使前孔临近滑动面，还包括如下具体步骤：
(a)以整体土体结构中过被测锚杆的垂直剖面为计算横断面，再沿宽度方向取2～3列锚杆间距为计算宽度，受锚土体高度的2～3倍为计算长度，确定数值模拟计算区域；
(b)初始水位位于土体结构底部，以垂直速度v模拟水位上升，水荷载效应施加在受锚土体结构边界锚网面上，进行有效应力条件下土体结构的稳定性分析；
(c)数值模拟中，根据剪应变率分布特征，以剪切塑性区贯通为收敛条件，搜索受锚土体最危险滑动面的形状和位置；
(d)再在坡顶位置离滑动面1～2m处，沿锚杆锚固段长度在水平方向上垂直钻两个钻孔，为被测锚杆锚固力测试孔。


4.根据权利要求3所述水位变化过程中土层锚杆锚固力的测定方法，其特征在于：步骤(3)所述根据步骤(2)所得钻孔，在每个孔中垂直放置一根测钎杆，通过定位架固定测钎杆，定位架间距为2m，定位架沿测钎杆从孔口垂直向下依次布置，其中孔口的定位架附水平刻度；测钎杆的底端固定在砂浆锚固体边界，测钎杆的顶端高于钻孔口0.3～0.5m，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，梁桥，刘杰，段建，欧阳祥森，刘林，邹洪波，江彦旭，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43