[发明专利]锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法

权利要求书

1.一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，包括：

S1：工程详情了解与工程地质勘察，得到土层信息及基本物理力学参数；

S2：计算满足岩土体和结构物稳定所需的拉锚荷载；

S3：确定预应力锚索的布置及安设角度；

S4：计算预应力锚索所需提供的承载力；

S5：进行预应力锚索体的初步设计；

S6：开展预应力锚索现场拉拔试验；

S7：采用FLAC3D模拟预应力锚索现场拉拔试验，通过调整cable单元的浆体粘结力参数，使得数值模拟得到的预应力锚索荷载-位移曲线逐渐逼近现场拉拔试验获得的荷载-位移曲线，获取更加精确的岩土体-浆体粘结强度；

S8：进行预应力锚索的二次设计优化；

S9：采用FLAC3D模拟现场拉拔试验，验证预应力锚索的承载力；

S10：验算锚拉式支挡结构的整体稳定性；

S11：确定预应力锚索的初期张拉力，开展预应力锚索头部设计。

2.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述土层信息及基本物理力学参数包括：土层名称、土层厚度、压缩模量、泊松比、体积模量、剪切模量、内摩擦角、粘聚力、密度。

3.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，将锚拉式支挡结构分解为挡土结构和锚拉结构分别进行分析；拉锚荷载的计算方法采用拟梁法、土压力分配法或弹性支点法。

4.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于附近建筑物状况、锚固地层的位置，确定预应力锚索的布置及安设角度；预应力锚索的布置包括预应力锚索水平间距、竖向间距、锚固段上覆土层厚度、锚固段设置土层。

5.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S4中，预应力锚索所需提供的承载力计算公式如下：

式中：N_k为预应力锚索所需提供的承载力，F_h为满足岩土体和结构物稳定所需的拉锚荷载，s为预应力锚索水平间距，b_a为结构计算宽度，α为预应力锚索安设角度。

6.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S5中，初步设计内容包括：确定预应力锚索种类、安全系数、锚索体直径、锚固地层的力学性质。

7.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S7中，浆体粘结力参数为单位长度浆体粘结力；在第一次数值模拟中，浆体粘结力参数的初始值取相关规范建议的相应土层极限粘结强度区间的下限；

若第一次数值模拟得到的荷载-位移曲线低于现场拉拔试验获得的荷载-位移曲线且二者之间的相同荷载位移之差的最大值大于5mm时，则开展第二次数值模拟，在该次数值模拟中，浆体粘结力参数的取值相对于初始值提高5％；

若第一次数值模拟得到的荷载-位移曲线高于现场拉拔试验获得的荷载-位移曲线且二者之间的相同荷载位移之差的最大值大于5mm时，则开展第二次数值模拟，在该次数值模拟中，浆体粘结力参数的取值相对于初始值降低5％；

重复开展上述操作若干次，直至数值模拟得到的荷载-位移曲线与现场拉拔试验获得的荷载-位移曲线之间的相同荷载位移之差的最大值不大于5mm为止，此时得到的单位长度浆体粘结力即为更加精确的岩土体-浆体间粘结强度所对应的单位长度浆体粘结力。

8.根据权利要求1所述的一种锚拉式支挡结构中预应力锚索的设计优化方法，其特征在于，所述步骤S8中，二次设计优化的目标是在预应力锚索极限抗拔承载力满足预应力锚索所需提供的承载力的基础上，通过调整预应力锚索的锚固段长度及位置、自由段长度、钻孔直径、浆体参数，使所需的预应力锚索材料用量最小。