1.一种多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,如下:步骤1通过现场获取的岩石和浆液黏结界面的室内直剪试验,获取不同法向应力条件下注浆层-围岩界面的剪切应力-位移曲线,从而得到注浆层-围岩界面的黏结强度和剪切刚度;步骤2对锚杆杆体进行拉伸试验,获取所述锚杆杆体在拉伸条件下的全应力-应变曲线,拟合得到锚杆杆体材料的本构模型,并确定锚杆杆体塑性平台段、硬化段的应力和应变点数据;步骤3将所述的围岩-注浆层界面黏结强度和剪切刚度代入锚杆受拉段在拉拔条件下的锚杆荷载-位移关系公式,获取锚杆受拉段注浆层-围岩界面的剪应力分布规律,得到锚杆受拉段的峰值拉拔力与拉拔位移;步骤4将所述的围岩-注浆层界面黏结强度和剪切刚度代入锚杆受压段在拉拔条件下的锚杆荷载-位移关系公式,获取锚杆受压段注浆层-围岩界面的剪应力分布规律,得到锚杆受压段的峰值拉拔力与拉拔位移;步骤5将步骤2、步骤3及步骤4得到的锚杆受拉段和受压段的荷载-位移关系、锚杆杆体材料的本构模型、锚杆塑性平台段与硬化段的应力应变点数据与锚杆端部总的拉拔位移建立等式,以锚杆受拉段和受压段注浆层-围岩界面的剪切荷载同时达到峰值为条件,得到此时锚杆受拉段和锚杆受压段的荷载和位移,锚杆受拉段和锚杆受压段的荷载之和即为所述锚杆的锚固力,锚杆受拉段和锚杆受压段的位移差值即为所述锚杆的让压层厚度。
2.根据权利要求1所述的注浆层-围岩界面黏结强度和剪切刚度的计算方法,其特征在于,所述的计算方法还包括:通过现场获取的岩石制备为100*100*50mm的立方体样,在试样的100*100mm横截面直接浇筑100*100*100mm的注浆料,待养护完成后通过室内直剪试验得到注浆层-围岩界面的黏结强度和剪切刚度。
3.根据权利要求1所述的锚杆杆体拉伸本构模型确定方法,其特征在于,通过以下公式拟合得到所述锚杆杆体的拉伸本构模型:其中, 为锚杆直径, 为锚杆弹性模量, σ p0 和 σ pf 表示锚杆的初始屈服应力和极限应力; F 和 u 表示锚杆的拉伸力和拉伸变形; m 和 n 为拟合参数; u e 为弹性极限变形,可表示为 ;L为锚杆长度。
4.根据权利要求1所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式计算锚杆受拉段在拉拔条件下的荷载-位移关系:其中, 为注浆层剪切模量, 为钻孔直径, 为锚杆直径, 为锚杆弹性模量,k 2 为注浆层-围岩界面剪切刚度, L 1 为受拉段锚杆长度, P 1 为锚杆受拉段端部的拉拔荷载, u a1 为锚杆受拉段端部的拉拔位移。
5.根据权利要求4所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式计算锚杆受压段在拉拔条件下的荷载-位移关系:其中, 为钻孔直径, 为锚杆直径, 为注浆层弹性模量, n 为受压段锚杆编号, n 的取值范围为1~5, L 2_n 为第 n 段受压段锚杆长度, P 2_n 为第 n 段锚杆受压段端部的拉拔荷载, u a2_n 为第 n 段锚杆受压段端部的拉拔位移; k 2 为注浆层-围岩界面剪切刚度;k 2 为注浆层-围岩界面剪切刚度。
6.根据权利要求4所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式建立锚杆受拉段和受压段锚固力:受拉段: 受压段: 其中, 为注浆层-围岩界面黏结强度, 为受拉段锚固力, 为第n段受压段锚固力。
7.根据权利要求4所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式建立锚杆受拉段和锚杆受压段的等式:在受拉段与第一段受压段锚杆相接处的合力:在第二段受压段锚杆与第一段受压段锚杆相接处:在第n段受压段锚杆与第n-1段受压段锚杆相接处: 。
8.根据权利要求4所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式建立锚杆受拉段和锚杆受压段的等式:在受拉段与第一段受压段锚杆相接处所需让压层的厚度 为:在第二段受压段锚杆与第一段受压段所需让压层的厚度 为:其中, 为第一段受压段锚杆的拉伸变形在第n段受压段锚杆与第n-1段受压段所需让压层的厚度 为:其中, 为第 n -1段受压段锚杆的拉伸变形。
9.根据权利要求4所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于,通过以下公式获取所述锚杆的锚固力 ,其中: ;其中, 为钻孔直径; 为注浆层-围岩界面黏结强度; L 2_n 为第 n 段受压段锚杆长度; L 2_1 为第 1 段受压段锚杆长度。
10.根据权利要求1所述的多级让压锚杆的锚固力与让压层厚度确定方法,其特征在于:所述锚杆的长度范围为:3m~6m,让压单元数量范围为:1~5个。