要
预应力锚固技术由于其施工快捷、工程造价低、加固效果显著等优点被
广泛应用于水利水电、深基坑及地下空间工程中。在预应力锚索失效案例中，
由于锚索内锚固段抗拔力不足导致的锚索破坏时有发生。针对部分预应力锚
索内锚固段抗拔力不足的问题，本文从预应力锚索内锚头的力学特性出发，
提出了一种楔形压胀式内锚头。该种形式内锚头可以将内锚固段的受力状态
由拉或拉剪转变为压或压剪，充分发挥砂浆和岩体材料抗压强度远远高于抗
拉强度的材料特性，极大提高预应力锚索内锚固段的锚固力，增加预应力锚
索整体可靠性。
在楔形压胀式内锚头设计的基础上，本文通过室内张拉试验分别对常规
型内锚头、压缩摩擦型内锚头和楔形压胀式内锚头的极限抗拔承载力以及锚
头周围的应力分布特征进行了研究；结合FLAC3D和ABAQUS进行了数值仿
真试验，数值计算结果与室内张拉试验结果基本一致，说明了数值模型和材
料参数的合理性；在此基础上通过数值仿真实验对楔形压胀式内锚头楔形角
度进行优化设计。研究结果表明：
（1）传统预应力锚索锚固段的受力状态主要为受拉或拉剪，楔形压胀式
内锚头通过其楔形的结构特征将锚固段受力状态转变受压或压剪，充分发挥
了砂浆和岩体材料的抗压强度远远高于抗拉强度的材料特性，极大提高了预
应力锚索内锚固段的抗拔力。
（2）不同类型内锚头抗拉试验结果表明，常规型内锚头极限抗拔承载力
174kN、压缩摩擦型内锚头极限抗拔力153kN、10°楔角楔形压胀式内锚头钢
绞线拉断后（拉断荷载256kN）仍未将内锚固段拉出，楔形压胀式内锚头内锚
固段抗拔特性提高了超过47%，具有明显的提高抗拔力的作用。
（3）通过FLAC3D和ABAQUS对不同形式和不同楔角内锚头进行了数
值仿真试验，数值仿真试验结果与试验结果具有高度的一致性。进一步揭示
了，楔形内锚头改善内锚固段受力条件，提高内锚固段极限抗拔力的作用机
理。
（4）对6个不同楔形体角度进行数值仿真模拟，获得监测点位置环向、
轴向和径向应变随楔形体角度变化规律曲线，根据曲线特征对楔形内锚头楔
角进行优化设计，优化设计结果表明当前设计条件下最优楔角为25°。
锚索；楔形压胀式内锚头；内锚固段抗拔力；楔形结构优化设计
Abstract
Prestressedanchoringtechnologyhasbeenwidelyusedinwaterconservancy
andhydropower,deepfoundationpitandundergroundspaceprojectsduetoits
advantagessuchasfastconstruction,lowprojectcostandremarkable
reinforcementeffect.Inthecaseofprestressedanchorcablefailure,thefailureof
anchorcableisoftencausedbythelackofpullingforce.Aimingattheproblemof
insufficientpullingforceinpartialprestressedanchorcable,thispaperpresentsa
wedge-shapedinternalanchorheadwithcompressionexpansionbasedonthe
mechanicalcharacteristicsoftheinternalanchorheadoftheprestressedanchor
cable.Thisformofinternalanchorheadcanchangethestressstateoftheinternal
anchoragesectionfromtensionorsheartopressureorshear,