1.一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:包括以下步骤:(ⅰ)建立平面坐标系(ⅱ)确定自有段锚固段分界线及塑性区半径(ⅲ)确定锚杆的轨迹方程(ⅳ)确定有效的锚固段(ⅴ)计算塑性区锚固力(ⅵ)计算弹性区锚固力(ⅶ)得到锚杆的有效锚固力;步骤(ⅱ)中确定自有段锚固段分界线及塑性区半径,按照以下公式计算:在莫尔库伦强度准则下:其中:R 0 为自由段锚固段分界线半径;R为塑性区半径;r 0 为开挖半径;p 0 为初始地应力;p i 混凝土为支护阻力;a混凝土为支护半径;t混凝土为支护厚度;R cs 为混凝土极限抗压强度; 为土体内摩擦角;c为土体内粘聚力;步骤(ⅲ)中确定锚杆的轨迹方程,按照以下公式进行计算:塑性区和自由段锚固段分界线半径的轨迹方程分别为:x 2 +y 2 =Rx 2 +y 2 =R 0其中,x为围岩上一点的横坐标y为围岩上一点的纵坐标;步骤(ⅳ)中确定有效的锚固段,锚杆整体长度l,P点与M点之间的杆体即为锚杆的有效锚固段,P点与N点之间的杆体位于塑性区域,N点与M点之间的杆体位于弹性区域;步骤(ⅴ)计算塑性区锚固力和步骤(ⅵ)计算弹性区锚固力,具体过程如下:首先,对锚杆周围单元土体所受应力进行分析,得到塑性区切向应力、塑性区径向应力、弹性区的切向应力,具体如下:塑性区切向应力:塑性区径向应力:弹性区的切向应力:其中:σ R 为弹塑性分界处的径向应力r为单元土体到隧道圆心的距离然后,将上述切向应力分别作用到杆体的正应力带入到库伦公式 中;则,塑性区域:弹性区域:其中:θ 1 为杆体入射角度;x为杆体周围土体单元横坐标;y为杆体周围土体单元纵坐标。
2.根据权利要求1所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:步骤(ⅰ)中平面坐标系以隧道开挖断面圆心为原点,水平方向为x轴,竖直方向为y轴建立。
3.根据权利要求1所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:进行进一步计算,由p 0 =γ·h=γ·(h 0 -y)=γ·(h 0 -tanθ 1 x)得到其中:h为单元土体所埋深度;h 0 为隧道中心距地表竖直距离。
4.根据权利要求3所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:分别计算P点、M点、N点的横坐标,具体过程如下:首先,设定锚杆的入射点为Q(x 0 ,y 0 ),为利于计算假定每根锚杆所在的直线通过原点,锚杆所在的直线方程为:tanθ 1 x-y=0其中:θ 1 为锚杆入射角度然后,将直线方程与自由段锚固段分界线和塑性圈轨迹方程分别联立解得交点即入射点Q的横坐标为:最后,进一步求解可以得到:X P =x 0 +(R 0 -r 0 )cosθ 1X N =x 0 +(R-r 0 )cosθ 1锚杆整体长度l,端点横坐标为:X M =x 0 +lcosθ 1。
5.根据权利要求4所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:步骤(ⅴ)中,计算塑性区锚固力,具体如下:锚杆位于塑性区的抗拔力X P =x 0 +(R 0 -r 0 )cosθ 1X N =x 0 +(R-r 0 )cosθ 1其中:r 1 为锚杆的半径。
6.根据权利要求5所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法,其特征在于:步骤(ⅵ)中计算弹性区锚固力,具体如下:锚杆位于弹性区的抗拔力X N =x 0 +(R-r 0 )cosθ 1X M =x 0 +lcosθ 1 。