[发明专利]一种全长注浆锚杆有效锚固长度的计算方法

说明书

本发明提供了一种全长注浆锚杆有效锚固长度的计算方法，包括以下步骤：步骤S1、确定全长注浆锚杆和被加固岩土体的物理力学参数；步骤S2、求出第二界面沿整个轴向长度的粘接力的合力Q；步骤S3、根据粘接力的合力Q计算锚固长度L；步骤S4、引入安全系数K，计算有效锚固长度L_c，计算公式为：本发明所提供的方法是基于模型试验获得的注浆体与岩土体交界面的剪应力分布规律，按照第二界面的剪应力得到了全长注浆锚杆的有效锚固长度计算公式，其安全系数的选择更为科学合理，计算结果更符合实际情况，为工程设计计算提供了有效的技术保障。

技术领域

本发明涉及岩土工程的加固支护技术，具体是一种全长注浆锚杆有效锚固长度的计算方法。

背景技术

锚固类结构是指锚杆、锚索和土钉等用于岩土工程加固支护的结构。在进行这类结构设计时，锚固段长度和极限承载力的确定是十分重要的环节，而锚固段应力分布又是影响锚固段长度的重要因素。研究表明，锚固类结构中锚固段剪应力的分布是不均匀的，在注浆孔孔口处为零，在非常接近注浆孔孔口处达到最大值，然后以较快的速率衰减。因此当杆体长度达到某一临界值后，其长度的增加无助于承载力的提高。即锚固类结构有其最优长度及最大极限承载力。

现有的锚杆长度计算方法是利用平均应力法来确定锚固长度，该方法实际应用于全长注浆锚杆时，存在诸多不合理之处。首先，其界面剪应力的选取为锚杆体与注浆体之间的交界面(即第一交界面)，而全长注浆锚杆多应用于岩土工程，其注浆体与岩土体之间的交界面(即第二交界面)剪应力要小于第一交界面的剪应力，因此，界面剪应力的选取应以第二交界面为主；其次，锚固体第二交界面剪应力分布是不均匀的，在孔口处为零，在非常接近孔口处达到最大值，然后以较快的速率衰减，使用平均剪应力计算时，与实际情况相差太远。

发明内容

本发明的目的是提出一种全长注浆锚杆有效锚固长度的计算方法，本方法是基于模型试验获得的注浆体与岩土体交界面的剪应力分布规律，按照第二界面的剪应力得到了的全长注浆锚杆的有效锚固长度计算公式，其计算结果更符合实际情况，为工程设计计算提供了更为合理的参考依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全长注浆锚杆有效锚固长度的计算方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定全长注浆锚杆和被加固岩土体的物理力学参数，其中，全长注浆锚杆由锚杆体和包覆在锚杆体外圆柱面上的注浆体构成，设定全长注浆锚杆的锚杆体与注浆体的交界面为第一界面，全长注浆锚杆的注浆体与岩土体的交界面为第二界面，通过测量获得全长注浆锚杆的锚杆体直径d和注浆体的直径D；被加固岩土体的物理力学参数包括岩土体介质材料的外荷载系数；

步骤S2、根据第二界面的剪应力分布，求出第二界面沿整个轴向长度的粘接力的合力Q；

第二界面的轴向剪应力分布满足以下关系式：

式(1)中，x为全长注浆锚杆的注浆体外圆柱面上某点至外荷载作用点的距离；d为锚杆体直径；D为注浆体直径；P₀为作用于锚杆的外荷载，计量单位为兆帕；K_P为外荷载系数,与外荷载和介质强度相关；

在锚杆正常安全工作的前提下，第二界面沿整个轴向长度的粘接力的合力Q等于第二界面沿整个长度的剪应力的合力，根据式(1)，有：

式(2)中，L为锚固长度；

根据式(2)，当L→∞时，此时有极限粘接力Q_max，此时：