預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段作用機(jī)理及其耐久性研究

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1、同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院博士學(xué)位論文預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段作用機(jī)理及其耐久性研究姓名:張思峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士專業(yè):巖土工程指導(dǎo)教師:周健20070701摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展,城市化進(jìn)程的不斷加快,我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也正處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期,由此產(chǎn)生了大量的高邊坡和基坑工程。而預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)由于其具有對(duì)巖土體擾動(dòng)小、施工快、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),在巖土加固的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。但在以往的預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)中,都是按照極限平衡的原則,認(rèn)為錨固系統(tǒng)是一勞永逸的,并沒(méi)有考慮它的耐久性問(wèn)題

2、。然而事實(shí)上,影響預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)壽命的因素眾多,它與實(shí)際工程的外部環(huán)境(包括降雨、冷熱)、錨周機(jī)理、腐蝕介質(zhì)的存在等因素都密切相關(guān)。本文在分析預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段耐久性影響因素的基礎(chǔ)上,提出了預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段耐久性的動(dòng)態(tài)概念。首先采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)及數(shù)字圖像變形量測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)在張拉荷載作用下的全斷面特性、細(xì)觀位移發(fā)展機(jī)理及破壞機(jī)制進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。主要探討了桿體軸力和內(nèi)錨固段各界面剪應(yīng)力隨張拉力的變化以及單、群錨作用下位移場(chǎng)的發(fā)展和變化規(guī)律,同時(shí)也為后面的細(xì)觀數(shù)值模擬提供了理論基礎(chǔ)。接著通過(guò)對(duì)一實(shí)際邊坡加

3、固工程施工期、長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)期的預(yù)應(yīng)力錨索張拉力變化特點(diǎn)的分析,探討了影響預(yù)應(yīng)力變化的各種因素,并揭示了預(yù)應(yīng)力變化的基本規(guī)律.提出了預(yù)應(yīng)力變化的大循環(huán)和小循環(huán)的概念。以此為基礎(chǔ),考慮不同的循環(huán)加載方案和加載變幅,采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)的方法對(duì)預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段在循環(huán)荷載作用下的耐久性問(wèn)題進(jìn)行了探討和分析。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著荷載變幅的增大,最終循環(huán)荷載次數(shù)呈指數(shù)形式衰減,而錨固體強(qiáng)度對(duì)于最終的循環(huán)荷載次數(shù)也有著極為重要的影響。顆粒流理論及其PFC2D程序是一種細(xì)觀力學(xué)的分析方法及數(shù)值模擬途徑。它將土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化與土的宏觀強(qiáng)度、變

4、形以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的響應(yīng)聯(lián)系起來(lái),有助于改善人們對(duì)于巖土工程問(wèn)題本質(zhì)與機(jī)理的認(rèn)識(shí)。本文采用PFC2D程序?qū)︻A(yù)應(yīng)力錨桿承受拉拔力作用下的錨固機(jī)理進(jìn)行了分析,并著重對(duì)周?chē)鷰r土體的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)所表現(xiàn)出來(lái)的細(xì)觀特性進(jìn)行了探討,進(jìn)一步揭示了單錨、群錨的錨固機(jī)理和位移發(fā)展特性。通過(guò)與有限差分程序及室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性。第六章采用室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)的方式對(duì)應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下的內(nèi)錨摘要固段耐久性問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)研究,分別對(duì)PH值、時(shí)間及應(yīng)力水平等因素對(duì)于桿體單位長(zhǎng)度腐蝕量的影響進(jìn)行了定量化的

5、描述;利用Fick第二定律對(duì)注漿體在氯離子滲透作用下的壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè),并從設(shè)計(jì)、施工等方面提出了預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段耐久性的增強(qiáng)措施。論文最后,作者對(duì)今后需進(jìn)一步研究的問(wèn)題和方向提出了建議。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力內(nèi)錨固段耐久性錨固機(jī)理模型試驗(yàn)數(shù)字圖像預(yù)應(yīng)力變化循環(huán)荷載試驗(yàn)加速腐蝕試驗(yàn)顆粒流ABSTRACTAlongwiththecontinuouslydevelopmentofOUrcoun小/seconomicconstructionandtheconstantlyquickeningofurbanizationprocos

6、s,theinfi'astructureConstructioninOUrcountryisexperiencingaperiodoffastdevelopment.Therefore,largenumbersofhighslopesandfoundationpitsareappearing.Prestressedanchortechnologyhasbeenwidelyusedineachfieldofgeotechnicalreinforcementandhasachievedthetremendouseco

7、nomicandsocialbenefitsduetoitsmanyadvantages,suchastheslightdisturbance,therapidconstruction,thesecurityanditseconomy.Butintheformerdesignofprestressedanchoragestructures,theLimitequilibriumtheoryhasbeenwidelyused.11艙anchoragesystemWasconsideredaspermanentand

8、theproblemofdUrabilityisignored.However,thefactorsthatc趾influencethelife-spanofprestressedanchoragestructureshavemanyaspects,whicharecloselyrelatedtotheexteriorenvironment(includingrainfa

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