锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法技术

本发明专利技术涉及一种锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法。根据锚杆抗拔试验的极限抗拔力决定锚杆容许抗拔力的传统方法是要除以安全系数K，K的取值没有考虑锚杆抗拔性能参数的变异性，结构安全的可靠度不能准确反映。本发明专利技术建立正态分布的数学模型，根据建立的数学模型，用锚杆抗拔性能参数的平均值来确定其数量等级，而其标准差或变异系数则可用来表示这个参数的波动程度；利用置信限估计法，计算锚杆抗拔性能参数的可靠度；确定安全系数，计算现场试验锚杆数量。本发明专利技术改变了沿用已久但含有人为因素的“安全系数”，能对锚杆容许抗拔力的可靠度进行更客观、更精确的估计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木建筑工程
，具体涉及一种锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法。
技术介绍
在矿山开采、隧洞开挖等土木建筑工程中，比较多地应用锚杆作为工程加固措施，锚杆还经常与喷射混凝土结合用来支护坡面，在煤矿、冶金、水利、铁路、公路等建筑工程中也得到了广泛的应用。土层锚杆锚孔周边抗剪强度的影响因素较岩层更为复杂，特别是以软弱土层、黄土、膨胀软岩类特殊土作为锚固地层时，锚杆极限抗拔力计算值与现场实测值之间有相当大的离散性。由于锚杆抗拔力受地层性质、施工工艺、灌浆方法等的影响，为了验证设计所估算的锚固长度是否满足设计要求，施工前必须要在工地现场进行锚杆抗拔试验。根据现场抗拔试验，如何科学合理地确定锚杆容许抗拔力，目前尚无成熟和科学的判别方法，使这种技术的推广应用受到了限制。土层锚杆锚孔壁单位长度的摩阻力一般小于砂浆对锚杆钢筋的握固力，锚杆的抗拔力主要取决于锚孔壁的抗剪强度。锚杆砂浆与锚孔壁周边的抗剪强度受地层性质、锚杆所处的埋藏深度、锚杆尺寸和施工灌浆方法等许多复杂因素的影响，不仅不同种类地层中和不同孔深处的锚孔壁抗剪强度有很大差异，即使在相同地层和相同孔深处，锚孔壁抗剪强度也可能由于锚杆尺寸和施工灌浆方法的差别而有大幅度的变化。许多现场抗拔试验结果表明，在同一种地层条件下，锚孔壁抗剪强度和有效锚固长度的实测值之间，也有相当大的离散性。因此，灌浆锚杆抗拔力在一定范围内具有波动性是客观存在的。根据锚杆抗拔试验的极限抗拔力决定锚杆容许抗拔力的传统方法是要除以安全系数K，对临时性锚杆K=1.5-2.0，永久性锚杆K=2.5-3.0，如受地震荷载作用，或工程性质重要，受长期重复荷载作用时，安全系数还应增大至3.5-4.0；这里K的取值没有考虑锚杆抗拔性能参数的变异性，结构安全的可靠度不能准确反映，安全系数取值过小则不利于工程的使用安全，过大势必就要增大工程投资，造成浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法，改变沿用已久但含有人为因素的“安全系数”，对锚杆容许抗拔力可靠度进行更客观、更精确的估计。本专利技术所采用的技术方案是：锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法，其特征子在于：由以下步骤实现：步骤一：建立数学模型：将锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度和有效锚固长度定义为锚杆抗拔性能参数，施工现场的锚杆抗拔性能参数均遵循正态分布；步骤二：计算锚杆抗拔性能参数的波动程度：通过以下计算求得锚杆抗拔性能参数的平均值，用来确定参数的数量等级，求得锚杆抗拔性能参数的标准差或变异系数，用来表示参数的波动程度：平均值标准差变异系数xi为第i根试验锚杆的测定值；i依次为1、2、3……n；n为试验锚杆根数；步骤三：采用置信限估计法对锚杆抗拔性能参数进行可靠度估计：对于锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度，将置信上限取为+∞，即单侧置信限估计法：置信下限计算公式如下：tα(n-1)为概率为α、自由度为(n-1)的t统计量，t分布表如下：1-α为可靠度；对于有效锚固长度，采用双侧置信限，计算如下：步骤四：确定安全系数：对锚杆抗拔性能参数的平均值进行可靠度估计，然后根据锚杆抗拔强度的变异性及其保证率来确定安全系数；如锚杆抗拔强度保证率系数为W，则锚杆容许抗拔力[P]计算公式如下：令 则 K即为安全系数；W为保证率系数，与保证率的关系见下表：步骤五：现场试验锚杆数量的确定：利用公式 估计需要的试验锚杆根数，以得到预先规定的精度；对于变异系数为CV的子样，如果平均值需要一个1-α可靠的区间 ,则所需的试验锚杆根数示于下表：。步骤五中，若在现场抗拔试验开始前没有得到关于CV的信息，则先选取一个小样本容量，即试验锚杆数量no以估计CV，并按上表找到n值；若需要更多的试验数据样本，可再增加n-n0个试验锚杆；估计方差时，用下式进行估算：σ为方差； 为概率为(1-α)、自由度为(n-1)的x2统计量；若要求精度与估计平均值的精度相同，则需要更多的试验锚杆；用可靠度(1-α)来估计方差 时所需的最少试验锚杆数量如下表：。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的方法，对锚杆抗拔力的平均值进行可靠度估计，并依据锚杆抗拔强度的离散程度以及工程设计对锚杆抗拔强度保证率的要求来估算安全系数，然后采用抗拔力平均值的置信下限除以安全系数来计算确定。这种确定锚杆容许抗拔力的方法，是对锚杆抗拔强度变异系数的实际性状与强度保证率的指标进行的识别，，用一定量的风险尺度计算安全系数，改变沿用已久但含有人为因素的“安全系数”。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术涉及的锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法，其特征子在于：由以下步骤实现：步骤一：建立数学模型：灌浆锚杆的抗拔力具有一定的波动性，为了使锚杆抗拔力的均值具有一定的可靠度，避免选取计算采用值的主观随意性，这就需要建立数学模型，以确定指定概率的特定值。中心极限定理指出，由多种随机变量叠加而成的复合随机变量，随着包含有不确定性的变量数目增多，其总和的分布将接近于正态分布。在实际应用中，只要各变量中没有特别突出的，则可认为近似地服从正态分布。灌浆锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度、有效锚固长度，受诸多复杂因素的影响，可认为它们遵循正态分布。这样就可借助于数学模型的频率曲线计算工具，作出比较合理的估计和判断。锚杆抗拔性能参数的最佳估计：将锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度和有效锚固长度定义为锚杆抗拔性能参数，施工现场的锚杆抗拔性能参数均遵循正态分布；步骤二：计算锚杆抗拔性能参数的波动程度：通过以下计算求得锚杆抗拔性能参数的平均值，用来确定参数的数量等级，求得锚杆抗拔性能参数的标准差或变异系数，用来表示参数的波动程度：平均值标准差变异系数xi为第i根试验锚杆的测定值；i依次为1、2、3……n；n为试验锚杆根数；步骤三：采用置信限估计法对锚杆抗拔性能参数进行可靠度估计：在实际应用中，除了求出平均值外，还要求出一个范围，并估计出这个范围包含真值的可靠度，即平均值位于范围界限以外的风险，可采用置信限估计法。对于锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度高则有利于工程使用性能的安全，过低则有危险，对于锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度，将置信上限取为+∞，即单侧置信限估计法：置信下限计算公式如下：tα(n-1)为概率为α、自由度为(n-1)的t统计量，t分布表如下：1-α为可靠度；对于有效锚固长度，采用双侧置信限，计算如下：步骤四：确定安全系数：决定安全系数的取值时，应对锚杆抗拔性能参数的平均值进行可靠度估计，然后根据锚杆抗拔强度的变异性及其保证率来确定安全系数；如锚杆抗拔强度保证率系数为W，则锚杆容许抗拔力[P]计算公式如下：令 则 K即为安全系数；W为保证率系数，与保证率的关系见下表：步骤五：现场试验锚杆数量的确定：利用公式 估计需要的试验锚杆根数，以得到预先规定的精度；对于变异系数为CV的子样，如果平均值需要一个1-α可靠的区间 ,则所需的试验锚杆根数示于下表：。步骤五中，若在现场抗拔试验开始前没有得到关于CV的信息，则先选取一个小样本容量，即试验锚杆数量no以估计CV，并按上表找到n值；若需要更多的试验数据样本，可再增加n-n0个试验锚杆；估计方差时，用下式进行估算：σ为方差； 为概率为(1-α)、自由度为(n-1)的x2统计量；本文档来自技高网...

【技术保护点】
锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法，其特征子在于：由以下步骤实现：步骤一：建立数学模型：将锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度和有效锚固长度定义为锚杆抗拔性能参数，施工现场的锚杆抗拔性能参数均遵循正态分布；步骤二：计算锚杆抗拔性能参数的波动程度：通过以下计算求得锚杆抗拔性能参数的平均值，用来确定参数的数量等级，求得锚杆抗拔性能参数的标准差或变异系数，用来表示参数的波动程度：平均值标准差变异系数xi为第i根试验锚杆的测定值；i依次为1、2、3……n；n为试验锚杆根数；步骤三：采用置信限估计法对锚杆抗拔性能参数进行可靠度估计：对于锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度，将置信上限取为+∞，即单侧置信限估计法：置信下限计算公式如下：tα(n‑1)为概率为α、自由度为(n‑1)的t统计量，t分布表如下：1‑α为可靠度；对于有效锚固长度，采用双侧置信限，计算如下：步骤四：确定安全系数：对锚杆抗拔性能参数的平均值进行可靠度估计，然后根据锚杆抗拔强度的变异性及其保证率来确定安全系数；如锚杆抗拔强度保证率系数为W，则锚杆容许抗拔力[P]计算公式如下：令则K即为安全系数；W为保证率系数，与保证率的关系见下表：步骤五：现场试验锚杆数量的确定：利用公式估计需要的试验锚杆根数，以得到预先规定的精度；对于变异系数为CV的子样，如果平均值需要一个1‑α可靠的区间,则所需的试验锚杆根数示于下表：。...

【技术特征摘要】
1.锚杆容许抗拔力的可靠度确定方法，其特征子在于：由以下步骤实现：步骤一：建立数学模型：将锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度和有效锚固长度定义为锚杆抗拔性能参数，施工现场的锚杆抗拔性能参数均遵循正态分布；步骤二：计算锚杆抗拔性能参数的波动程度：通过以下计算求得锚杆抗拔性能参数的平均值，用来确定参数的数量等级，求得锚杆抗拔性能参数的标准差或变异系数，用来表示参数的波动程度：平均值标准差变异系数xi为第i根试验锚杆的测定值；i依次为1、2、3……n；n为试验锚杆根数；步骤三：采用置信限估计法对锚杆抗拔性能参数进行可靠度估计：对于锚杆抗拔力、锚孔壁的抗剪强度，将置信上限取为+∞，即单侧置信限估计法：置信下限计算公式如下：tα(n-1)为概率为α、自由度为(n-1)的t统计量，t分布表如下：1-α为可靠度；对于有效锚固长度，采用双侧置信限，计算如下：步骤四：确定安全系数：对锚杆抗拔性能参数的平均值进行可靠度估计，然后根据锚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61