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摘 要:预应力锚固结构在岩土工程中的应用日益广泛,产生了巨大的经济效益和社会效益。岩土预应力锚固结构在其长期运营期受到各种外界环境影响,其预张力呈现出周期性的循环荷载特征,这将对预应力锚固结构的长期使用寿命产生影响,本文主要对于岩土预应力锚固结构张拉力长期变化规律进行探讨,对于今后岩土预应力锚固结构设计具有一定指导意义。
关键词:岩土预应力锚固内锚固段循环荷载耐久性
中图分类号:U476 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0031-01
1 引言
岩土预应力锚固系统在长期使用过程中,受到众多外界因素的影响,使预应力具有极大的不稳定性。由于降雨、潮汐、温度变化和地震荷载等因素作用可使预应力产生波动变化j从而使杆体材料存在疲劳破坏可能,易造成其锚固功能的减弱或失效,影响锚固工程的长期稳定性[1,2]。以高速公路南线工程长达6年的监测数据分析为基础,提出预应力的长期变化规律,确定预应力锚固系统张拉力在外界各种因素影响下的变化特征、变化幅度及变化频率,为岩土预应力锚固结构長期耐久性分析奠定理论基础。
2 工程监测概况
为了掌握边坡变形特征和规律,分析岩土体结构与边坡变形破坏的关系,评价边坡的长期稳定性,保证工程施工和运营安全,必须进行边坡长期稳定性监测,特别是对起到主要加固作用的预应力锚固系统的应力监测。为全面反映施工过程及运营期预应力锚索的工作性状,现场共设置了位于滑坡体中心的9台锚索测力计。根据实际监测结果,锚索预应力随着时间的变化,其变化规律表现出为总体趋于稳定,伴随着不同形式的波动变化,同时坡体安全度处于动态变化过程中。
3 锚索预应力波动变化影响因素分析
3.1 降雨入渗
降雨将使岩土体受到较大的循环荷载作用,其对预应力的影响集中反映在岩土体裂隙较为发育、渗透系数较大的部位。降雨对岩土预应力锚固系统的影响主要表现为杆体材料所受拉力值增加,而且具有时间滞后效应,其原因是裂隙被渗流水填充后产生静水压力,预应力杆体材料拉伸:同时,随着裂隙水的不断渗入,岩土体含水量不断增大,自身抗剪强度降低,从而使坡体产生向下滑动的趋势,增加预应力值。现场观测结果还表明,随着裂隙水的消散,增加的预应力逐渐回复,基本回到降雨前的水平。通过实际观测,中雨以上的降雨量对相对破碎松散的岩土体影响较大,预应力锚固系统产生显著的循环变化,变化频率与降雨频率相关。这种循环荷载作用,将影响杆体材料和内锚固体的疲劳破坏特性。由于随着气候条件的变化,每年降雨的次数存在着差异性,根据观测数据,在实际工程环境下,每次降雨影响预应力波动变化的时间一般为15天左右,若连续降雨,则预应力波动总体呈持续变化。
3.2 温度变化
岩土体及其内部的注浆体都是具有热胀性的热导体,因此当温度变化时将影响岩土体变形而导致锚索预应力变化。岩土体温度升高一般会导致锚索预应力的增加,温度降低则使预应力减小。1)昼夜温度变化对预应力值的影响。为了研究环境温度对锚索预应力的影响,在实际工程现场随机选取两点(ML2、ML5)进行了跟踪监测,测试时环境温度昼夜温差为5～6℃。对于处于主滑坡二级坡的锚索ML2,锚索预应力值的变化幅度为24kN,变化规律与温度变化是同步的,而且昼夜变化后基本恢复原值,表现出循环加载特征。对于处于四级坡体的ML5,其变化值较小,变化幅度仅2kN;其变化规律曲线表现为7:00至14:30略有下降,而14:30后则有所上升。2)季节温度变化对预应力值的影响。锚索预应力值随季节有较大幅度的变化,自2009年12月至2010年5月,季节温差约为39℃,锚索应力值呈现出明显的周期性的变化,夏季预应力值较高而冬季预应力值较低。其中,ML3和ML5变化幅度约为40kN,ML7变化幅度约为70kN。
4 预应力锚索内锚固段张拉力变化规律研究
(1)降雨对预应力内锚固段应力变化的影响。由以上分析可知,降雨后锚索预应力有较大幅度的增长,其变化值也远远大于沿程摩阻损失。降雨对岩锚应力的影响主要表现为锚固应力的增加,从微观考虑,雨水入渗对锚索预应力的影响过程可划分为三个阶段:一是锚固力的减小阶段,二是锚固力的迅速增加阶段,三是锚固力的回复阶段。雨水渗入坡体中,岩体饱和,抗压强度降低,锚索发生松弛,预应力减小,此阶段历时较短。随着不断渗入裂隙水,岩体的抗剪能力降低,同时坡体抵抗下滑的能力降低导致坡体产生位移趋势,锚固力也随之增大,此段时间历时较长。由以上分析机理得降雨后的坡体将受到较大的循环荷载的作用,不利于坡体的稳定性,同时这种循环荷载减弱钢绞线的长期强度。降雨后锚索预应力的变化频率在一年内随降雨次数(主要为中雨以上的降雨)的变化而变化,一年内一般可达到5～20次。因此降雨对预应力内锚固段应力变化的影响不能忽略。(2)昼夜温度变化对预应力内锚固段应力变化的影响。温度变化对预应力的影响主要反映在岩体、锚索的相对变形对预应力的影响。由于岩体是热的良导体,当温度升高时,产生膨胀,导致预应力增加。然而温度的升高也会使锚索产生膨胀,造成预应力的损失。(3)季节温度变化对预应力内锚固段应力变化的影响。表1为现场试验研究中实测得到的不同锚索随季节变化的应力值及其变化幅度。由表1可知,锚索在季节性的温度变化中产生的应力变幅大致在50～150kN范围内波动,远远大于预应力锚索的沿程损失。因此,季节性的温度变化将使预应力内锚固段产生循环荷载效应,影响了内锚固段的耐久性。
5 结语
(1)岩土预应力锚固结构张拉力的长期变化规律表现为高频率的小循环与低频率的大循环的组合。(2)影响预应力长期变化的主要因素为降雨及温度变化,其中昼夜温度变化对预应力锚固结构的影响表现为高频率小循环特征,而季节温度变化和降雨则对预应力锚固结构的影响表现为低频率大循环特征。(3)这种预应力的循环加载将对预应力锚固结构内锚固段耐久性产生不利影响,从而影响其长期使用寿命。
参考文献
[1] 陈祖煜,杨健.岩土预应力锚固技术的进展[J].贵州水力发电,2004,05.
[2] 高大水.国内岩土预应力锚固技术应用及锚固技术参数统计[J].长江科学院院报,2004,06.
关键词:岩土预应力锚固内锚固段循环荷载耐久性
中图分类号:U476 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0031-01
1 引言
岩土预应力锚固系统在长期使用过程中,受到众多外界因素的影响,使预应力具有极大的不稳定性。由于降雨、潮汐、温度变化和地震荷载等因素作用可使预应力产生波动变化j从而使杆体材料存在疲劳破坏可能,易造成其锚固功能的减弱或失效,影响锚固工程的长期稳定性[1,2]。以高速公路南线工程长达6年的监测数据分析为基础,提出预应力的长期变化规律,确定预应力锚固系统张拉力在外界各种因素影响下的变化特征、变化幅度及变化频率,为岩土预应力锚固结构長期耐久性分析奠定理论基础。
2 工程监测概况
为了掌握边坡变形特征和规律,分析岩土体结构与边坡变形破坏的关系,评价边坡的长期稳定性,保证工程施工和运营安全,必须进行边坡长期稳定性监测,特别是对起到主要加固作用的预应力锚固系统的应力监测。为全面反映施工过程及运营期预应力锚索的工作性状,现场共设置了位于滑坡体中心的9台锚索测力计。根据实际监测结果,锚索预应力随着时间的变化,其变化规律表现出为总体趋于稳定,伴随着不同形式的波动变化,同时坡体安全度处于动态变化过程中。
3 锚索预应力波动变化影响因素分析
3.1 降雨入渗
降雨将使岩土体受到较大的循环荷载作用,其对预应力的影响集中反映在岩土体裂隙较为发育、渗透系数较大的部位。降雨对岩土预应力锚固系统的影响主要表现为杆体材料所受拉力值增加,而且具有时间滞后效应,其原因是裂隙被渗流水填充后产生静水压力,预应力杆体材料拉伸:同时,随着裂隙水的不断渗入,岩土体含水量不断增大,自身抗剪强度降低,从而使坡体产生向下滑动的趋势,增加预应力值。现场观测结果还表明,随着裂隙水的消散,增加的预应力逐渐回复,基本回到降雨前的水平。通过实际观测,中雨以上的降雨量对相对破碎松散的岩土体影响较大,预应力锚固系统产生显著的循环变化,变化频率与降雨频率相关。这种循环荷载作用,将影响杆体材料和内锚固体的疲劳破坏特性。由于随着气候条件的变化,每年降雨的次数存在着差异性,根据观测数据,在实际工程环境下,每次降雨影响预应力波动变化的时间一般为15天左右,若连续降雨,则预应力波动总体呈持续变化。
3.2 温度变化
岩土体及其内部的注浆体都是具有热胀性的热导体,因此当温度变化时将影响岩土体变形而导致锚索预应力变化。岩土体温度升高一般会导致锚索预应力的增加,温度降低则使预应力减小。1)昼夜温度变化对预应力值的影响。为了研究环境温度对锚索预应力的影响,在实际工程现场随机选取两点(ML2、ML5)进行了跟踪监测,测试时环境温度昼夜温差为5～6℃。对于处于主滑坡二级坡的锚索ML2,锚索预应力值的变化幅度为24kN,变化规律与温度变化是同步的,而且昼夜变化后基本恢复原值,表现出循环加载特征。对于处于四级坡体的ML5,其变化值较小,变化幅度仅2kN;其变化规律曲线表现为7:00至14:30略有下降,而14:30后则有所上升。2)季节温度变化对预应力值的影响。锚索预应力值随季节有较大幅度的变化,自2009年12月至2010年5月,季节温差约为39℃,锚索应力值呈现出明显的周期性的变化,夏季预应力值较高而冬季预应力值较低。其中,ML3和ML5变化幅度约为40kN,ML7变化幅度约为70kN。
4 预应力锚索内锚固段张拉力变化规律研究
(1)降雨对预应力内锚固段应力变化的影响。由以上分析可知,降雨后锚索预应力有较大幅度的增长,其变化值也远远大于沿程摩阻损失。降雨对岩锚应力的影响主要表现为锚固应力的增加,从微观考虑,雨水入渗对锚索预应力的影响过程可划分为三个阶段:一是锚固力的减小阶段,二是锚固力的迅速增加阶段,三是锚固力的回复阶段。雨水渗入坡体中,岩体饱和,抗压强度降低,锚索发生松弛,预应力减小,此阶段历时较短。随着不断渗入裂隙水,岩体的抗剪能力降低,同时坡体抵抗下滑的能力降低导致坡体产生位移趋势,锚固力也随之增大,此段时间历时较长。由以上分析机理得降雨后的坡体将受到较大的循环荷载的作用,不利于坡体的稳定性,同时这种循环荷载减弱钢绞线的长期强度。降雨后锚索预应力的变化频率在一年内随降雨次数(主要为中雨以上的降雨)的变化而变化,一年内一般可达到5～20次。因此降雨对预应力内锚固段应力变化的影响不能忽略。(2)昼夜温度变化对预应力内锚固段应力变化的影响。温度变化对预应力的影响主要反映在岩体、锚索的相对变形对预应力的影响。由于岩体是热的良导体,当温度升高时,产生膨胀,导致预应力增加。然而温度的升高也会使锚索产生膨胀,造成预应力的损失。(3)季节温度变化对预应力内锚固段应力变化的影响。表1为现场试验研究中实测得到的不同锚索随季节变化的应力值及其变化幅度。由表1可知,锚索在季节性的温度变化中产生的应力变幅大致在50～150kN范围内波动,远远大于预应力锚索的沿程损失。因此,季节性的温度变化将使预应力内锚固段产生循环荷载效应,影响了内锚固段的耐久性。
5 结语
(1)岩土预应力锚固结构张拉力的长期变化规律表现为高频率的小循环与低频率的大循环的组合。(2)影响预应力长期变化的主要因素为降雨及温度变化,其中昼夜温度变化对预应力锚固结构的影响表现为高频率小循环特征,而季节温度变化和降雨则对预应力锚固结构的影响表现为低频率大循环特征。(3)这种预应力的循环加载将对预应力锚固结构内锚固段耐久性产生不利影响,从而影响其长期使用寿命。
参考文献
[1] 陈祖煜,杨健.岩土预应力锚固技术的进展[J].贵州水力发电,2004,05.
[2] 高大水.国内岩土预应力锚固技术应用及锚固技术参数统计[J].长江科学院院报,2004,06.