新型中空自钻式锚杆的开发与性能研究(附件)【字数：10407】
随着国家大力推进新型城镇化，城市人口越来越多，随之而来的是城市空间越来越小。扩大城市空间不能一味的增加城市面积，所以城市地下空间的利用在快速发展。对城市地下空间的开发，促使深基坑开挖、支护技术的发展迈向了新的高度。建筑物的日趋密集，开挖深度的不断加大，基坑支护与降水设计及对周边环境的影响控制难度增大。工程施工中，岩土锚固是解决复杂地质条件下工程施工的重要技术措施，不仅成本低廉，施工简单，而且效益良好，在基坑支护、边坡防护、隧道围岩施工等领域得到广泛应用。本实用新型公开了一种异形截面中空自钻式锚杆，包括中空杆体，中空杆体一端设置有钻头、相对端设置有密封装置，有效解决了现有中空自钻式锚杆，在作业过程中，由于排渣能力差，从而导致塌孔、灌浆密实度不够等问题。本文针对普通中空自钻式锚杆中的种种不足，建立了普通中空自钻式锚杆和异型截面中空自钻式锚杆数值计算模型，利用有限元计算软件ANSYS对两组模型在相同拉拔条件下的数值模拟研究，通过数值计算分析，验证异型截面中空自钻式锚杆的实用性。关键词 中空自钻式锚杆，岩土锚固，有限元，拉拔试验，实用性
目 录
1 绪论 1
1.1 提出问题 1
1.2 发展历史 2
1.3 国内、外技术发展现状 3
1.4 研究的主要内容 4
2 技术支持 4
2.1 有限元计算软件ANSYS介绍 4
2.1.1 ANSYS的功能 5
2.1.2 ANSYS的发展 5
2.2 异型截面中空式自钻式锚杆介绍 6
3 数值模拟建模与求解 7
3.1 建立原则 8
3.2 模型的建立 8
3.2.1 异型截面中空自钻式锚杆模型的建立 8
3.2.2 普通中空自钻式锚杆模型的建立 10
3.3 施加荷载与约束并求解 11
4 数值模拟分析 15
4.1 锚杆应力值分析 17
4.2 接触面受力分析 18
4.3 小结 18
总结与展望 20
1 相关总结 20
2 展望 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
致谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 提出问题
随着人类社会的发展，现代化程度不断提高，城镇化日趋完善，城市空间不足、拥挤的现象也日益受到人们的广泛关注，扩大城市空间不能一味的增加城市面积，所以城市地下空间的利用在快速发展[5]。人们对高层建筑与地下空间开发的关注也日渐广泛。但是，如何利用也成为了人们首要突破的议题。其中，最为关键的一步是要确保地下硐室的稳定与安全，建筑物的日趋密集，开挖深度的不断加大，基坑支护与降水设计及对周边环境的影响控制难度也在增大。
工程施工中，岩土锚固是解决复杂地质条件下工程施工的重要技术措施，锚杆作为一个廉价的杆件制品，在施工时，既能够方便工人施工，其简单的操作方法也深受人们的青睐，更为重要的是，大大增加了岩土的稳定性，达到了良好的工程效果，在一些深基坑、隧道、边坡的支护方面得到广泛运用。然而在一些地区和工程中，因地质条件差、地下水位高，锚杆施工长度不足、易塌孔、注浆效果较差等一直是工程中的难题。如，当施工向上倾斜且长度大于3.0m的锚杆，灌浆饱满度更难于控制，导致有效锚固长度往往与设计要求相差甚远；在软弱破碎、成孔困难的地层中，如果使用在一般地形中普遍使用的普通锚杆，其锚固效果差，远远无法达到预期的工程效果，另外，施工过程中产生的塌孔也容易拖慢工程进度，总体来说，弊大于利。
针对常规锚杆施工的缺陷，大量工程采用了中空自钻式锚杆，与普遍砂浆锚杆相比，近年来迅速发展的中空注浆锚杆具有明显的优势[11]。普通中空注浆锚杆如图1.1所示，其部件主要包括由表面带有标准联结螺纹的中空杆体、锚头、链接套、止浆塞、垫板和螺母。施工时采用先扦杆后注浆工艺，浆液从中空杆体的孔腔中由内向外流动，当浆液由锚杆底端流向孔口时，止浆塞与托板能有效阻止其外溢，保证杆体与孔壁间的灌浆饱满，使锚杆伸入范围内的岩体都得到有效加固。通过连接套或对中环，可使杆体在孔内居中，杆体被均匀的砂浆保护层包裹，显著提高了锚杆的耐久性。另外与常规的锚杆相比，自钻式锚杆还具有以下优势：（1）适宜各类土层；（2）长度不受限制；（3）不存在钻进过程中塌孔的问题；（4）节省工作量；（5）能在狭窄场所施工；但对于一般的中空自钻式锚杆，仍存在一些缺点。比如，钻头使用高强度合金材料，留在土层中，一次性使用，导致成本较高；自攻挤压旋进锚杆对钻机的扭矩要
图1.1 中空自钻式锚杆
求大，适应性受一定限制；对于一些特殊的土层，比如含砂砾层的土层，仍然会存在塌孔的问题，并导致灌浆密实度不够。所以，研究开发出一种成本较低、注浆密实度高、钻进扭矩小、锚固力大的新型锚杆具有重要的现实意义。
1.2 发展历史
岩土锚固技术如今在隧道开挖、边坡支护和地下工程中得到了非常普遍的应用。从20世纪50年代以前锚杆诞生到现在锚杆的理论、实践、规范等基本成熟，它的成长史同时也是现代建筑、交通和人类对自然资源开发的进化史。在20世纪50年代以前，岩土锚固技术只是一种以应对施工过程中突发事件的身份出现，在施工前并没有把锚杆作为一个单独的施工项目，所以应用并不广泛，也没有形成一定的理论基础[10]。50年代中期，一些小型永久性灌浆锚杆与喷射混凝土在国外被广泛应用在隧道开挖的支护过程中，在此期间，各式各样的锚杆如钢筋或钢丝绳砂浆锚杆、倒楔式金属锚杆、树脂锚杆等被开发出来，岩土锚固技术得到一定的发展。20世纪60年代，岩土锚固技术的发展逐步从临时性建筑过渡到永久性建筑，人们对锚杆能够使用的岩层也逐步拓展到一些松散岩、砂岩、泥岩等底层，在此期间，岩土锚固技术得到广泛的运用，同时也积累了大量的经验，1969年，第七届国际土力学与基础工程会议在墨西哥召开，在该会议上，岩土锚固技术首次不是作为一个附加在其他议题的项目来讨论，而是作为一个单独的议题来研究与讨论，可见，在此期间，岩土锚固技术得到迅速的发展[3] [4]。20世纪70年代，美国开发的将涨壳式锚头配合树脂锚固剂的方法，使得锚杆的锚固能力得到大大提高[8]。到了80年代，由于美国、英国、瑞典、德国等西方发达国家的研究，制作出了多种类型的新型锚杆，锚杆的使用越来越广泛，各国还制订了一系列锚杆使用的规范章程，锚杆的理论依据日趋完善。
1.3 国内、外技术发展现状
锚杆作为岩土锚固技术的核心构件，对它的开发和研究更是人们关注的焦点。但由于岩土自身的复杂性和不固定性，使得对锚杆的设计、锚固过程中各种应力的计算方法和锚固机制的讨论呈现出一种百家争鸣的景象[3]。但归根结底，不外乎是对研究对象上的差异，主要分为两种：锚固体和岩土体。前者主要是研究锚杆在钻进以及后续的施工过程中与岩土体之间的相互作用，根据在研究中得出的轴力剪应力传递规律以及产生轴力剪应力变化的各种因素来对锚固体的实用性进行定义；而后者主要是研究锚杆对岩土体的锚固效果，根据岩土体的一些强度参数的变化来对对岩土体进行相应的说明[7]。虽然大量的岩土工作者已经取得了许多的研究成果，可由于岩土工程专业本身的复杂性，导致了锚固体和基体性质很难确定，给锚杆受力荷载传递的研究带来了巨大的困难和挑战。因此，目前岩土锚固技术的理论研究远远滞后于应用技术研究。
目 录
1 绪论 1
1.1 提出问题 1
1.2 发展历史 2
1.3 国内、外技术发展现状 3
1.4 研究的主要内容 4
2 技术支持 4
2.1 有限元计算软件ANSYS介绍 4
2.1.1 ANSYS的功能 5
2.1.2 ANSYS的发展 5
2.2 异型截面中空式自钻式锚杆介绍 6
3 数值模拟建模与求解 7
3.1 建立原则 8
3.2 模型的建立 8
3.2.1 异型截面中空自钻式锚杆模型的建立 8
3.2.2 普通中空自钻式锚杆模型的建立 10
3.3 施加荷载与约束并求解 11
4 数值模拟分析 15
4.1 锚杆应力值分析 17
4.2 接触面受力分析 18
4.3 小结 18
总结与展望 20
1 相关总结 20
2 展望 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
致谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 提出问题
随着人类社会的发展，现代化程度不断提高，城镇化日趋完善，城市空间不足、拥挤的现象也日益受到人们的广泛关注，扩大城市空间不能一味的增加城市面积，所以城市地下空间的利用在快速发展[5]。人们对高层建筑与地下空间开发的关注也日渐广泛。但是，如何利用也成为了人们首要突破的议题。其中，最为关键的一步是要确保地下硐室的稳定与安全，建筑物的日趋密集，开挖深度的不断加大，基坑支护与降水设计及对周边环境的影响控制难度也在增大。
工程施工中，岩土锚固是解决复杂地质条件下工程施工的重要技术措施，锚杆作为一个廉价的杆件制品，在施工时，既能够方便工人施工，其简单的操作方法也深受人们的青睐，更为重要的是，大大增加了岩土的稳定性，达到了良好的工程效果，在一些深基坑、隧道、边坡的支护方面得到广泛运用。然而在一些地区和工程中，因地质条件差、地下水位高，锚杆施工长度不足、易塌孔、注浆效果较差等一直是工程中的难题。如，当施工向上倾斜且长度大于3.0m的锚杆，灌浆饱满度更难于控制，导致有效锚固长度往往与设计要求相差甚远；在软弱破碎、成孔困难的地层中，如果使用在一般地形中普遍使用的普通锚杆，其锚固效果差，远远无法达到预期的工程效果，另外，施工过程中产生的塌孔也容易拖慢工程进度，总体来说，弊大于利。
针对常规锚杆施工的缺陷，大量工程采用了中空自钻式锚杆，与普遍砂浆锚杆相比，近年来迅速发展的中空注浆锚杆具有明显的优势[11]。普通中空注浆锚杆如图1.1所示，其部件主要包括由表面带有标准联结螺纹的中空杆体、锚头、链接套、止浆塞、垫板和螺母。施工时采用先扦杆后注浆工艺，浆液从中空杆体的孔腔中由内向外流动，当浆液由锚杆底端流向孔口时，止浆塞与托板能有效阻止其外溢，保证杆体与孔壁间的灌浆饱满，使锚杆伸入范围内的岩体都得到有效加固。通过连接套或对中环，可使杆体在孔内居中，杆体被均匀的砂浆保护层包裹，显著提高了锚杆的耐久性。另外与常规的锚杆相比，自钻式锚杆还具有以下优势：（1）适宜各类土层；（2）长度不受限制；（3）不存在钻进过程中塌孔的问题；（4）节省工作量；（5）能在狭窄场所施工；但对于一般的中空自钻式锚杆，仍存在一些缺点。比如，钻头使用高强度合金材料，留在土层中，一次性使用，导致成本较高；自攻挤压旋进锚杆对钻机的扭矩要
图1.1 中空自钻式锚杆
求大，适应性受一定限制；对于一些特殊的土层，比如含砂砾层的土层，仍然会存在塌孔的问题，并导致灌浆密实度不够。所以，研究开发出一种成本较低、注浆密实度高、钻进扭矩小、锚固力大的新型锚杆具有重要的现实意义。
1.2 发展历史
岩土锚固技术如今在隧道开挖、边坡支护和地下工程中得到了非常普遍的应用。从20世纪50年代以前锚杆诞生到现在锚杆的理论、实践、规范等基本成熟，它的成长史同时也是现代建筑、交通和人类对自然资源开发的进化史。在20世纪50年代以前，岩土锚固技术只是一种以应对施工过程中突发事件的身份出现，在施工前并没有把锚杆作为一个单独的施工项目，所以应用并不广泛，也没有形成一定的理论基础[10]。50年代中期，一些小型永久性灌浆锚杆与喷射混凝土在国外被广泛应用在隧道开挖的支护过程中，在此期间，各式各样的锚杆如钢筋或钢丝绳砂浆锚杆、倒楔式金属锚杆、树脂锚杆等被开发出来，岩土锚固技术得到一定的发展。20世纪60年代，岩土锚固技术的发展逐步从临时性建筑过渡到永久性建筑，人们对锚杆能够使用的岩层也逐步拓展到一些松散岩、砂岩、泥岩等底层，在此期间，岩土锚固技术得到广泛的运用，同时也积累了大量的经验，1969年，第七届国际土力学与基础工程会议在墨西哥召开，在该会议上，岩土锚固技术首次不是作为一个附加在其他议题的项目来讨论，而是作为一个单独的议题来研究与讨论，可见，在此期间，岩土锚固技术得到迅速的发展[3] [4]。20世纪70年代，美国开发的将涨壳式锚头配合树脂锚固剂的方法，使得锚杆的锚固能力得到大大提高[8]。到了80年代，由于美国、英国、瑞典、德国等西方发达国家的研究，制作出了多种类型的新型锚杆，锚杆的使用越来越广泛，各国还制订了一系列锚杆使用的规范章程，锚杆的理论依据日趋完善。
1.3 国内、外技术发展现状
锚杆作为岩土锚固技术的核心构件，对它的开发和研究更是人们关注的焦点。但由于岩土自身的复杂性和不固定性，使得对锚杆的设计、锚固过程中各种应力的计算方法和锚固机制的讨论呈现出一种百家争鸣的景象[3]。但归根结底，不外乎是对研究对象上的差异，主要分为两种：锚固体和岩土体。前者主要是研究锚杆在钻进以及后续的施工过程中与岩土体之间的相互作用，根据在研究中得出的轴力剪应力传递规律以及产生轴力剪应力变化的各种因素来对锚固体的实用性进行定义；而后者主要是研究锚杆对岩土体的锚固效果，根据岩土体的一些强度参数的变化来对对岩土体进行相应的说明[7]。虽然大量的岩土工作者已经取得了许多的研究成果，可由于岩土工程专业本身的复杂性，导致了锚固体和基体性质很难确定，给锚杆受力荷载传递的研究带来了巨大的困难和挑战。因此，目前岩土锚固技术的理论研究远远滞后于应用技术研究。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jzgc/tmgc/283.html
