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专利号: 2018100694275
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 水利工程;基础;疏浚
更新日期:2025-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于该方法包括以下步骤:

步骤1:根据实际工程需要选取实验材料,同时选取合适的锚固边坡;

步骤2:在边坡或土层上以与坡面或土层表面成某一角度钻孔;

步骤3:根据工程需求配制不同膨胀剂含量水泥浆待用;

步骤4:取多根钢筋分别居中放入多个不同的边坡孔洞内,先分别向不同孔洞中分别灌注n高度不同含量膨胀水泥浆,再灌注m高度的素水泥浆进行封口;

步骤5:待水泥完全凝固,即锚固完成后对锚杆上部使用千斤顶逐步施加不同等级拉力直至松动,同时记录不同锚固体的最大抗拔力Tu;

步骤6:对比不同含量膨胀水泥浆锚固体最大抗拔力,计算出不同膨胀剂含量时抗拔力相对于未添加膨胀剂的水泥浆抗拔力增大系数λ;

步骤7:结合工程设计要求,从土层和锚固力、钢筋强度、M30砂浆三个方面决定的各层锚杆的极限抗拔力进行综合设计,提出一种不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,并给出相应的极限抗拔力的设计公式;

步骤8:根据从土层和锚固力、钢筋强度、M30砂浆三个方面决定的各层锚杆的极限抗拔力公式进行计算分析,得到在添加不同含量膨胀剂条件下而达到相同最大抗拔力Tu时新的钻孔直径、钢筋截面积、钻孔深度;

步骤9:针对土层和锚固力方面,对于不同含量膨胀剂水泥浆,通过由土层和锚固力决定的极限抗拔力公式Tu=λ1ξ1πDlafrb,求得在达到相同最大抗拔力Tu对应的钻孔直径D',在保证其他条件不变的情况下根据求得直径D'在边坡或土层钻孔并配制不添加膨胀剂水泥浆,使用步骤5中方法测得最大抗拔力Tu'并与原最大抗拔力Tu进行对比以提出针对土层和锚固力方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法;

针对钢筋强度方面,对于不同含量膨胀剂水泥浆,通过由钢筋强度决定的极限抗拔力公式Tu=λ2Asξ2fy/γ0,求得在达到相同最大抗拔力Tu对应的钢筋截面积As',在保证其他条件不变的情况下根据求得钢筋截面积As'在边坡或土层钻孔并配制不添加膨胀剂水泥浆,使用步骤5中方法测得最大抗拔力Tu'并与原最大抗拔力Tu进行对比以提出针对钢筋强度方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法;

针对M30砂浆方面,对于不同含量膨胀剂水泥浆,通过由M30砂浆决定的极限抗拔力公式Na=λ3ξ3nπdlafb/γ0,求得在达到相同最大抗拔力Tu对应的孔洞深度la',即锚固长度,在保证其他条件不变的情况下根据求得孔洞深度la'在边坡或土层钻孔并配置不添加膨胀剂水泥浆,使用步骤5中方法测得最大抗拔力Tu'并与原最大抗拔力Tu进行对比以提出针对M30砂浆方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法。

2.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤1中根据实际工程中边坡支护需要选取水泥、膨胀剂、钢筋实验材料,同时选取合适的锚固边坡。

3.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤2中在锚固边坡上钻孔,直径为d,深度为h,与坡面成

45°-90°角。

4.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤3中按照工程需求配制膨胀剂含量分别为10%,15%,

20%,25%,30%和35%的膨胀水泥浆。

5.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤4中锚杆采用钢筋锚杆或玻璃纤维锚杆。

6.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤5中锚杆上部千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至将锚杆拔松动,此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力Tu,记录Tu。

7.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤6中对比不同含量膨胀水泥浆锚固体最大抗拔力Tu,计算出不同膨胀剂含量时抗拔力相对于未添加膨胀剂的水泥浆抗拔力增大系数λ,以供后续提供相应的极限抗拔力的设计公式。

8.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤7中在未添加膨胀剂含量时由土层和锚固力决定的极限抗拔力公式为:Tu=ξ1πDlafrb,式中:D为锚杆锚固段钻孔直径(mm),ξ1为钢筋抗拉工作条件参数,frb为砂浆与杆体材料间的粘结强度设计值(kPa),la为锚杆锚固长度(m),在膨胀剂含量为A%时由土层和锚固力决定的极限抗拔力公式为:Tu=λ1ξ1πDlafrb,λ1为膨胀剂含量为A%相对未添加膨胀剂的抗拔力增大系数;

由钢筋强度决定的极限抗拔力公式为:Tu=Asξ2fy/γ0,式中:As为锚杆钢筋的截面面积,ξ2为钢筋抗拉工作条件参数,永久性锚杆取0.69,临时性锚杆取0.92,fy为钢筋的设计强度,γ0为边坡工程重要性系数;在膨胀剂含量为A%时由钢筋强度决定的极限抗拔力公式为:Tu=λ2Asξ2fy/γ0,λ2为膨胀剂含量为A%相对未添加膨胀剂的抗拔力增大系数;

由M30砂浆决定的极限抗拔力:Na=ξ3nπdlafb/γ0,式中:ξ3为钢筋与砂浆粘结强度工作条件参数,永久性锚杆取0.60,临时性锚杆取0.72,n为杆体材料(钢筋或钢绞线)的根数,d为单根杆材的直径,la为锚固段长度,这里取最短锚固长度计算,fb为砂浆与杆体材料间的粘结强度设计值(kPa),M30号水泥砂浆与螺纹钢筋间的粘结强度设计值为2.4kPa;γ0为边坡工程重要性系数;在膨胀剂含量为A%时由M30砂浆决定的极限抗拔力公式为:Na=λ3ξ3nπdlafb/γ0,λ3为膨胀剂含量为A%相对未添加膨胀剂的抗拔力增大系数。

9.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤8中根据从土层和锚固力、钢筋强度、M30砂浆三个方面决定的各层锚杆的极限抗拔力公式进行计算分析,得到在添加膨胀剂条件下而达到未添加膨胀剂时的最大抗拔力Tu时所需的钻孔直径D'、钢筋截面积As'、钻孔深度la'。

10.根据权利要求1所述的一种岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,其特征在于:所述步骤9中针对土层和锚固力方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法是:在确保锚固体极限抗拔力不变的条件下,通过添加一定量的膨胀剂相应减小钻孔直径,从而优化锚杆设计参数,大幅降低工程成本;

针对钢筋强度方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法是:在确保锚固体极限抗拔力不变的条件下,通过添加一定量的膨胀剂相应减小钢筋截面积,即钢筋用量,从而优化锚杆设计参数,大幅降低工程成本;

针对M30砂浆方面的岩土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法是:在确保锚固体极限抗拔力不变的条件下,通过添加一定量的膨胀剂相应减小钻孔深度,从而优化锚杆设计参数,大幅降低工程成本。

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