一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，包括以下步骤：弹性状态下极限外荷载求解、弹性状态下锚

【技术实现步骤摘要】
一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法


[0001]本专利技术属于岩土锚固工程领域，具体涉及一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法。

技术介绍

[0002]由于土体本身的复杂性及锚固形式的多样性，导致土层锚杆承载机理理论分析研究远滞后于工程实践经验。目前没有完全合理的数学及力学模型对岩土锚固机理进行计算和分析。
[0003]大量试验研究表明，土层锚杆在服役过程中，锚固体与周围土体形成的受力系统较为复杂，其承载力主要与土层性质及外荷载有关。另外整个承载体系中锚-土界面强度是最薄弱的，因此研究界面的应力的分布规律和传递性就非常重要，通过分析界面应力可以得出锚固体系的破坏层和最大的抗拔力。
[0004]在我国现行的土层锚杆设计规范中，一般情况下在进行土层锚杆承载特性分析时，假定土体为弹性介质，计算中不考虑围压对锚杆极限抗拔力的影响。基于此针对性提出一种考虑围压条件的土质锚杆极限拉拔力的计算方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，包括以下步骤：
[0007]ⅰ
.弹性状态下极限外荷载求解
[0008]当锚-土界面层进入屈服阶段时，此时的外荷载为弹性状态下极限外荷载，求解得到弹性极限外荷载P
e
表达式：
[0009][0010]其中，
[0011]ν为泊松比；
[0012]r
b
为土样半径；
[0013]r
a
锚固体半径；
[0014]σ
s
为土样屈服强度；
[0015]ⅱ
.弹性状态下锚-土界面正应力求解
[0016]根据弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，考虑土层锚杆的边界条件解得弹性状态下锚-土界面正应力，求解得到弹性状态下锚-土界面正应力P
a
的表达式：
[0017][0018]其中，
[0019]P
b
为施加在试样四周的外荷载；
[0020]ⅲ
.锚-土界面模型塑性半径与外荷载之间的关系
[0021]得到锚-土界面模型的塑性半径r
c
与外荷载P
b
之间的关系式：
[0022][0023]ⅳ
.弹塑性状态下锚-土界面正应力分析
[0024]当土样处于弹塑性状态时，将试样分成弹性状态和塑性状态两部分来考虑，求得塑性条件下锚-土界面正应力：
[0025][0026]其中，P
sa
为弹塑性状态下锚-土界面正应力；
[0027]ⅴ
.弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式
[0028]由库仑公式得出弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式：
[0029][0030]其中，
[0031]τ为锚-土界面剪应力；
[0032]为土样内摩擦角；
[0033]c为土样粘聚力；
[0034]ⅴ
.围压条件下土层锚杆极限抗拔力的确定
[0035]得到围压条件下土层锚杆极限抗拔力的关系式：
[0036][0037]其中，
[0038]Q为土层锚杆极限抗拔力；
[0039]h为土层锚杆试样高度。
[0040]更进一步的，步骤
ⅰ
中需要得到弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，具体如下：
[0041][0042][0043]其中，
[0044]σ
r
为土体任意一点处的正应力；
[0045]σ
θ
为土体任意一点处的周应力；
[0046]r为土体任意一点处的半径。
[0047]更进一步的，步骤
ⅰ
需要得到径向位移表达式，具体如下：
[0048][0049]其中，
[0050]E为弹性模量；
[0051]ν为泊松比；
[0052]A、C为系数。
[0053]更进一步的，步骤
ⅰ
中土样四周受均布荷载作用，由于锚固体弹性模量远大于土体弹性模量，故假设锚固体径向位移为零，其边界条件为：
[0054][0055]其中，
[0056]r
b
为土样半径；
[0057]P
b
为施加在试样四周的外荷载；
[0058]μ
r
为径向位移；
[0059]r
a
锚固体半径。
[0060]更进一步的，将边界条件带入径向应力及径向位移表达式，解得弹性状态下系数A、C表达式为：
[0061][0062][0063]更进一步的，在得到弹性状态下系数A、C表达式基础上进行求解，弹性状态下土体任意位置处的径向力为：
[0064][0065]其中，
[0066]ν为土样泊松比；
[0067]r为土样任意一点的半径。
[0068]由弹性状态下土体任意位置处的径向力，得到等效应力：
[0069][0070]其中，
[0071]为等效应力；
[0072]σ
s
为土样屈服强度。
[0073]更进一步的，弹性极限外荷载P
e
的表达式是在当r＝r
a
的条件下得到的。
[0074]更进一步的，步骤
ⅳ
中外荷载及试样形状的对称性，弹、塑性区的分界为一圆柱面。
[0075]本专利技术通过对土层锚杆单元体进行受力分析，得到考虑围压条件下锚杆承载力计算模型。利用该计算方法可预测锚杆极限承载力，对全长粘结式锚杆的设计和施工具有重要的意义。
附图说明
[0076]图1是本专利技术的方法流程图；
[0077]图2是本专利技术中锚杆试样受力示意图；
[0078]图3是本专利技术中弹性阶段微元体受力示意图；
[0079]图4是本专利技术中弹塑性状态的试样示意图；
[0080]其中：
[0081]1ꢀꢀ
钢筋
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
外荷载
[0082]3ꢀꢀ
锚固体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀ
锚-土界面
[0083]5ꢀꢀ
土样
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀ
刚性板
[0084]7ꢀꢀ
弹性区
ꢀꢀ8ꢀꢀ
微元体
[0085]9ꢀꢀ
塑性区。
具体实施方式
[0086]以下，参照附图和实施例对本专利技术进行详细说明：
[0087]如图1～4所示，一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，包括以下步骤：
[0088]ⅰ
.弹性状态下极限外荷载求解S1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：(
ⅰ
)弹性状态下极限外荷载求解当锚-土界面层进入屈服阶段时，此时的外荷载为弹性状态下极限外荷载，求解得到弹性极限外荷载P
e
表达式：其中，ν为泊松比；r
b
为土样半径；r
a
锚固体半径；σ
s
为土样屈服强度；(
ⅱ
)弹性状态下锚-土界面正应力求解根据弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，考虑土层锚杆的边界条件解得弹性状态下锚-土界面正应力，求解得到弹性状态下锚-土界面正应力P
a
的表达式：其中，P
b
为施加在试样四周的外荷载；(
ⅲ
)锚-土界面模型塑性半径与外荷载之间的关系得到锚-土界面模型的塑性半径r
c
与外荷载P
b
之间的关系式：(
ⅳ
)弹塑性状态下锚-土界面正应力分析当土样处于弹塑性状态时，将试样分成弹性状态和塑性状态两部分来考虑，求得塑性条件下锚-土界面正应力：其中，P
sa
为弹塑性状态下锚-土界面正应力；(
ⅴ
)弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式由库仑公式得出弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式：其中，τ为锚-土界面剪应力；υ为土样内摩擦角；c为土样粘聚力；
(
ⅴ
)围压条件下土层锚杆极限抗拔力的确定得到围压条件下土层锚杆极限抗拔力的关系式：其中，Q为土层锚杆极限抗拔力；h为土层锚杆试样高度。2.根据权利要求1所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：步骤(
ⅰ
)中需要得到弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，具体如下：具体如下：其中，σ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董捷，孙京华，陶春晨，钱任，
申请(专利权)人：河北建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：