[發(fā)明專利]一種通過研究膨脹性粘結(jié)材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法

有效

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• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105780772B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉杰;苑騰飛;雷嵐;王連;王飛;李建林;范留軍;易在梁;張君
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: E02D5/74
• 分類號: E02D5/74;E02D33/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土錨固領(lǐng)域，尤其是一種通過研究膨脹性粘結(jié)材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法。

背景技術(shù)

巖土錨固是巖土工程領(lǐng)域中最重要的錨固手段之一。巖土錨固已在我國邊坡支護，基坑支護，礦井開挖支護，隧洞及地下工程穩(wěn)定，以及壩肩穩(wěn)定支護，航道，水庫，機場，抗傾，抗浮結(jié)構(gòu)等工程建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用，并且具有其他加固方式難得取代的優(yōu)勢。巖土錨固技術(shù)是通過埋設(shè)在巖土體中的錨桿，將結(jié)構(gòu)物與巖土體緊緊地錨固在一起，依賴錨桿和巖土體的抗剪強度傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力或使巖土體自身的不穩(wěn)定部分得到加固，以保持錨固系統(tǒng)(巖土體，灌漿體，錨桿桿體和這些介質(zhì)之間的界面)的穩(wěn)定。

實際工程中的巖體內(nèi)部，往往有地應(yīng)力存在，特別是埋深較大，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的地區(qū)，往往存在較大的地應(yīng)力，錨桿往往受到地應(yīng)力的徑向圍壓的作用，研究注漿錨桿在徑向圍壓作用下的破壞規(guī)律及作用機理，探究如何利用巖體的圍壓作用，提高錨桿的抗拔力具有重要意義。另外，在利用巖體自身圍壓的作用同時，采用具有膨脹性的水泥漿代替無膨脹性的水泥漿，一方面消除了水泥漿干縮性對抗拔力的影響，另一方面，在鉆孔周圍強大圍壓的作用下，錨固水泥漿膨脹性被限制，則水泥漿會對對錨桿和孔壁產(chǎn)生較大的徑向壓力，這種壓力對提高錨桿的抗拔力具有重要作用。

一般來說，鉆孔附近的的圍巖一般承受較大的地應(yīng)力，倘若在埋深較大的工程中，地應(yīng)力遵循海姆(Heim)法則，即在深部巖體中，地應(yīng)力呈現(xiàn)出類似于靜水壓力，即在各個方向上地應(yīng)力是相同的，所以，鉆孔附近圍巖承受著地應(yīng)力的外壓力和膨脹性水泥的內(nèi)壓力，這一方面保證了圍壓不會因膨脹力而破壞，同時增大了錨固漿體與圍巖之間的摩擦力。其次，因膨脹而產(chǎn)生的徑向力，對錨桿具有較大的嵌固作用，特別是應(yīng)用帶肋鋼筋作為錨桿時，這種嵌固作用更加明顯。所用膨脹性水泥是由水泥，膨脹性物質(zhì)(高鋁水泥，氧化鈣，氫氧化鈣及鈣加上封閉劑等物質(zhì))混合而成調(diào)配成的混合物，該混合物在適當(dāng)?shù)呐浔认律删哂信蛎浶缘拟}凡石，該物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，強度高，在一定圍壓作用下自體較難破壞。

現(xiàn)階段，膨脹劑作為水泥中的添加劑，主要作用還是用于補償混凝土的收縮，以及產(chǎn)生微量的自膨脹應(yīng)力，所以其膨脹率非常有限，常常在10^-6到10^-4級別。對于大膨脹率(10^-3到10^-1的膨脹率)的水泥漿，現(xiàn)階段研究的極少，特別是在水泥漿中添加一定量的膨脹劑，并在周圍限制其膨脹，利用約束作用使其產(chǎn)生膨脹力，并加以利用的工程更是極為少見。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過研究膨脹性粘結(jié)材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法，可以解決在在錨桿設(shè)計和施工中未對膨脹性粘結(jié)材料的特性進行研究的問題，優(yōu)化了錨桿，為膨脹性粘結(jié)材料在錨桿設(shè)計和施工中的應(yīng)用提供了重要的依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種通過研究膨脹性粘結(jié)材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：確定錨桿灌漿工程所用的巖體類型；

步驟2：采用有限元軟件行對步驟1所確定的巖體進行數(shù)值模擬，確定上述巖體適用的膨脹率變化范圍，得到其適用的最優(yōu)膨脹率；

步驟3：配制不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結(jié)材料,通過室內(nèi)配合比調(diào)配試驗，繪制出膨脹性粘結(jié)材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，

膨脹劑摻量＝膨脹劑質(zhì)量/(膨脹劑質(zhì)量+水泥質(zhì)量)×100％，

步驟4：在室外制作模型試件，并采用加壓設(shè)備，模擬現(xiàn)場錨固段圍巖圍壓，采用不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結(jié)材料作為錨桿錨固體，在不同的注漿孔孔徑以及不同的錨桿錨固長度下進行錨桿抗拔力試驗，得到不同膨脹劑摻量、不同注漿孔孔徑以及不同的錨固長度下的錨桿抗拔力數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出不同的注漿孔孔徑下，膨脹性粘結(jié)材料不同膨脹劑摻量下以及不同的錨固長度下極限抗拔力變化曲線；

步驟5：進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，步驟為：

步驟5-1：根據(jù)步驟3得到的膨脹性粘結(jié)材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，得到與步驟4-1的的最優(yōu)膨脹率對應(yīng)的膨脹性粘結(jié)材料膨脹劑摻量；

步驟5-2：將原設(shè)計參數(shù)：錨桿錨固長度、注漿孔設(shè)計孔徑以及膨脹性粘結(jié)材料設(shè)計膨脹劑摻量代入步驟3繪制的曲線進行判斷，看是否為最優(yōu)方案，若不是最優(yōu)方案，則根據(jù)步驟3繪制的曲線數(shù)據(jù)對設(shè)計參數(shù)進行重新設(shè)計，從而實現(xiàn)錨桿灌漿參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。

步驟2的方法為：