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174k N、压缩摩擦型内锚头极限抗拔力153k N、10°楔角楔形压胀式内锚头钢绞线拉断后(拉断荷载256k N)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°。