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高精度水平锚索技术研究及在三峡工程中的应用

作　者: 孙志峰
导　师: 殷琨
学　校: 吉林大学
专　业: 地质工程
关键词: 锚索高精度水平孔钻机
分类号: TV54
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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引　用: 4次
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内容摘要

随着水力建设随着经济的发展,各类工程建筑物的投资修建,岩土工程的稳定性问题越来越受到人们的重视。就水利水电工程而言,至二十世纪末,地球上已建大坝四万多座,它们在经济和社会发展中起了重要作用。我国水利水电工程中使用预应力锚索数量极大,工程耗资均在亿元左右。随着西部大开发的建设高潮,一大批水利水电工程还将投入这一使用预应力锚索的热潮中。随着坝高的增加、地质条件的复杂化,大坝的安全稳定性越来越显得重要。稳定性问题存在于水工建筑物、边坡、坝肩、坝基等。工程的稳定性直接决定着工程修建的可行性,影响着工程的建设投资和安全运行。本文提出通过计算分析,得出如下规律性认识:1)内锚头间轴向压应力分布及注浆体与岩体交界面的剪应力分布主要受交界面凝聚力的影响,交界面间的摩擦系数的影响作用不大;2)内锚头间距超过某一最小间距后,注浆体中的轴向压应力及剪应力叠加情况不明显,且其分布形式将趋于稳定;3)注浆体的弹性模量E和岩体变形模量E′的比值对内锚头间距的选取有较大的影响,E/ E′值越小,注浆体和岩体界面上的剪应力分布越均匀,内锚头间距的取值可适当的减小,反之亦然;4)注浆体和岩体界面上的剪应力和钻孔半径有密切的关系。钻孔半径较大时,内锚头间距的取值可适当的减小,反之亦然。5)内锚头摩擦段侧壁和注浆体间接触面上的剪应力分布特征表明,对于140型内锚头(摩擦段长180mm,摩擦段直径95mm),在600KN荷载作用下,内锚头摩擦段提供的抗剪力约为62KN,约占每个内锚头所受600KN荷载的10%。可见,压缩摩擦组合分散型内锚头设计中摩擦段的设计是合理的,可以有效分散内锚头承压板上所受的荷载,从而提高了内锚头的可靠性。6)内锚头间距的确定压缩摩擦组合分散型无粘结预应力锚索的内锚头间距在实际工程中如何设计确定,一直是锚索设计人员所关心的问题。通过前述此类型式锚索的三维有限元数值模拟分析,基本查明了影响内锚头间距的几项主要因素,即注浆体与基岩胶结面的凝聚力、围岩类别、锚索孔孔径大小等。本文对进行了认真研究。高精度锚索孔是指锚索孔孔斜率设计要求端头锚不大于孔深的2%,对穿锚不大于孔深的1%,其影响因素主要有地层岩性、机械设备、操作因素等。通过对水平孔和缓倾角孔导直工艺的力学分析从而利用支点纠偏原理进行保直,并提出了具体的措施。对潜孔锤钻进水平孔的弯曲特性与规律进行了研究,影响潜孔锤钻进水平孔弯曲的因素主要包括地质因素和工艺技术因素,通过水平锚索孔防斜生产试验摸索出较成熟的施工工艺,从而得出利用潜孔锤能钻进高直度水平锚索孔,满足大吨位预应力锚索的施工要求。本文详细介绍了针三峡工程研制的钻探设备、专用器具和工艺。为满足高精度锚索孔的技术要求研制开发了DKM-1型钻机,该钻机具有(1)体积小,重量轻,性能优越,适合陡坡洞内及狭小场地施工;(2)钻机具有良好的稳定性;(3)钻机移位轻便灵活,自带定位系统,定位精确方便;(4)与钻机配套的钻杆为双壁钻杆,结构合理特点。为配合DKM-1型钻机完成高精度锚索孔,配套开发研制了专利高强钻杆,通过与钻井高强钻杆的对比分析,专利高强钻杆具有适应水平孔锚索强度高、保直防斜等特点,通过设计的防斜钻具结构较好的实现高精度水平锚索孔的工艺要求。通过三峡工程实践检验,我们的研究成果更好的体现了工程技术为解决国家基本建设的重要作用,也很好的体现了该技术的经济性特点。基于上述的研究成果,对推动锚固技术特别是高精度水平锚索技术的发展有着非常积极的作用。

全文目录

第一章绪论  10-18
  第一节研究背景及意义  10-15
  第二节国内外研究现状  15-17
  第三节本文的研究内容  17-18
第二章锚固技术研究  18-70
  第一节锚固技术的作用机理、特点及应用领域  18-25
    一、锚固技术的作用机理  18-20
    二、锚固技术的特点  20-22
    三、锚固技术的应用领域  22-25
  第二节锚索类型分析  25-30
  第三节锚索施工工艺研究  30-59
    一、锚索施工工艺流程  30-49
    二、锚索张拉  49-56
    三、灌浆工艺研究  56-59
  第四节锚索锚固力计算  59-69
    一、锚固力应满足的条件  59-60
    二、锚固段形式  60-62
    三、注浆体与地层界面的锚固力计算  62-67
    四、锚索体与注浆体界面的锚固力计算  67-69
  第五节本章小结  69-70
第三章新型锚索机理数值模拟研究  70-91
  第一节锚索内锚固段受力状态  70-75
  第二节锚固机理三维有限元数值分析  75-88
    一、压缩分散型锚索三维有限元数值分析  75-82
    二、新型压缩摩擦组合分散型锚索三维有限元数值分析  82-88
  第三节本章小节  88-91
第四章高精度水平孔钻进研究  91-132
  第一节高精度锚索孔导直理论  91-96
    一、高精度锚索孔的意义  91
    二、影响孔斜率的因素  91-92
    三、水平孔和缓倾角孔导直工艺的力学分析  92-96
  第二节潜孔锤钻进水平锚索孔技术研究  96-108
    一、潜孔锤的分类  96-103
    二、潜孔锤钻进水平孔技术研究  103-108
  第三节 DKM-1 型钻机及高强钻杆的研制  108-130
    一、锚杆钻机概述  108-115
    二、DKM-1 型钻机的研制  115-124
    三、高强钻杆的研制  124-130
  第四节本章小结  130-132
第五章高精度水平锚索技术的工程应用研究  132-150
  第一节三峡工程永久船闸工程概况  132-136
    一、结构设计与地质特征  132-134
    二、技术特色与难点分析  134-136
  第二节高精度水平锚索的施工工艺  136-149
    一、施工措施与技术创新  136-149
  第三节水平锚索的施工效果  149-150
第六章结论与展望  150-154
  第一节结论  150-152
  第二节发展与展望  152-154
参考文献  154-164
摘要  164-169
ABSTRACT  169-178
攻读博士期间发表的学术论文及其他成果  178-180
致谢  180

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