全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。     

黄土地层中预应力锚索锚固力试验与分析

在现场试验的基础上,通过系统分析试验数据,得出预应力锚索锚固力在黄土地层特定地质条件下的基本分布规律,为科学确定其锚固段长度提供了试验依据;通过实测和修正参数,推导出2种简单实用的锚固力计算公式,并将其理论解与实测值进行了对比分析,进一步验证了预应力锚索剪应力非均匀分布的实际状况,并指出在锚固长度小于工程临界锚固长度时剪应力均匀分布理论能较准确地计算锚索锚固力,为深入开展锚索支护的理论分析与工程设计提供了参考,在理论和工程实践上都是一种有益的探索。     

基于差分法的锚固体抗拔机理的分析

在岩土工程中施加各类加固锚件以改善岩体工作条件、提高岩体的稳定性已成为岩体施工中增稳的主要措施.研究了全灌浆岩锚的锚固特性.应用Mindlin问题的位移解和有限差分法研究了基于抗拔作用的拉力型和压力型锚杆荷载传递机理,利用差分法推导了锚固体与岩体之间的剪应力沿锚固长度分布规律的计算式,通过算例分析了锚固体轴力及其表面剪应力沿锚固体长度的分布规律及其影响因素,为岩土工程锚固的进一步分析和设计提供理论依据.     

新型可回收锚杆不同布置间距的群锚效应

为了分析在岩土体中新型可回收锚杆的布置间距对锚固特性的影响规律,根据Kelvin解,推导了锚杆按不同间距布置时锚固段剪应力求解公式;采用一般岩土体参数对锚固段剪应力分布进行了计算;建立了按不同间距布置时该可回收锚杆的三维有限元加固模型,并进行了数值计算,验证了理论分析的正确性.结果表明:推导的锚杆按不同间距布置时锚固段剪应力求解公式的计算结果与数值模拟结果相符;在岩体中锚杆布置间距对锚固特性影响不大,而在土体中锚固特性受锚杆布置间距影响较大,锚杆布置间距越小,锚固段剪应力峰值越小,在实际工程施工中应特别注意.     

数值模拟法确定锚固段长度

为了准确地确定锚固段长度,满足锚索工程的设计与施工。运用数值模拟方法来计算锚固段剪应力和轴力的分布规律,从而进一步确定锚固段长度。模拟结果显示:锚固段剪应力分布曲线基本呈指数函数形式分布;而锚固段轴力在始端较大,并向末端迅速衰减。对于小湾电站片麻岩质边坡预应力锚索(1 000~2 000 kN)来说,其锚固段长度初步确定为:2.5~4.5m。     

树脂锚杆锚固段剪应力分布及其损伤模式分析

为了分析树脂锚杆锚固段剪应力分布及其承载、损伤机理,提高树脂锚杆支护在煤矿现场应用的有效性,首先根据煤矿树脂锚杆的围岩环境和受力特点,基于集中载荷作用于半无限体表面和无限体内部的弹性力学解得到了树脂锚杆在非锚固段围岩破碎和完整时的锚固段锚固界面剪应力计算式,分析了锚杆杆体拉力在锚固段锚固界面的剪应力形成机理;然后采用FLAC数值模拟软件模拟了树脂锚杆锚固段的承载及变形,得到了树脂锚杆在一定载荷和围压作用下锚固界面塑性发展趋势;最后以混凝土试块模拟围岩,并在混凝土试块预留孔中锚固了树脂锚杆进行实验室拉拔试验,得到了树脂锚杆锚固段剪应力分布及其增加趋势.结果表明,树脂锚杆剪应力开始时呈负指数形态分布,随着锚杆拉应力的增大,锚固起始端剪切破坏剪应力降低,无围压时峰值剪应力迅速向较深部锚固界面移动并锚固失效,有围压时锚固界面在锚固起始端剪切破坏后仍有较大的锚杆拉应力发展范围.     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

地震作用下含软弱层锚固岩质边坡界面剪切作用

针对地震作用下全长黏结锚杆锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上,即两锚固界面上的剪切作用,利用FLAC3D软件分别采用实体单元和接触面单元建立含软弱层锚固顺层岩质边坡数值模型,探究了水平向简谐波作用下两锚固界面上的剪切作用和锚杆轴力分布以及它们的演化规律。结果表明:采用实体单元和接触面单元相结合的建模方式可行,锚固界面剪切作用和脱黏破坏均可得到很好的体现和反映,两锚固界面上的剪应力和锚杆轴力的分布不均匀,软弱层处剪应力为零而轴力最大;随地震动持续输入,两锚固界面剪应力和锚杆轴力呈递增之势,锚固界面发生脱黏破坏并向锚杆两端发展,远离中性点的锚固界面得以调用,峰值剪应力向锚杆两端转移。揭示了地震作用下含软弱层锚固顺层岩质边坡破坏机理,对岩土锚固的研究和设计施工均具有重要意义。     

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维锚杆(GFRP锚杆)代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,本文通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚杆锚具。结果表明：GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4m左右;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5m处,最大剪应力峰值为2.27MPa,剪应力发挥的主要区间在0.5m~3.5m范围内;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当粘聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。     

GFRP锚杆锚固特性研究

通过玻璃纤维增强塑料（GFRP）锚杆与水泥砂浆之间的粘结强度试验,研究了GFRP锚杆的锚固特性．包括不同强度等级砂浆对粘结强度的影响和GFRP锚杆直径对锚杆拉拔性能的影响．采用理论分析方法,研究了GFRP锚杆表面沿锚固长度方向的应力分布,获得了锚杆轴力和粘结应力沿杆长的分布规律．并采用数值模拟方法对结果进行了验证．     

预应力锚固提高锚杆的极限抗拔力

锚杆随着锚固长度的增加,极限抗拔力并不是线性增加的,而是增加得越来越不明显。为此,本文提出了预应力锚固这一概念,预应力锚固可以在锚固长度不增加的情况下增加极限抗拔力,而且对锚固长度长的锚杆更有效,并用理论和试验证明了这一结论。分析了预应力锚固和预应力锚杆的区别。提出了预应力锚固的锚杆的施工方法,分析了与其相应的握裹力分布和极限抗拔力。对比了预应力锚固的锚杆与非预应力锚固的锚杆的不同。     

光纤光栅传感器对预应力锚索的受力监测

预应力锚索的受力状态监测特别是锚索内应力分布的监测是目前工程领域一大难题。本文提出将准分布式光纤布拉格光栅（FBG）内嵌至锚索材料-钢绞线中心丝的技术,以实现对其受力状态及应力分布进行监测。基于此技术,结合FBG监测原理和锚索锚固理论,以锚索锚固长度、FBG布设位置及数量为主要变化参数,设计了FBG自感知钢绞线材料并将其浇筑于钢管内作为锚索模型试件;并对FBG自感知钢绞线材料进行张拉标定试验和钢管锚索拉拔试验。张拉标定试验表明,内嵌于钢绞线中心丝材料中的准分布式FBG传感器成活率为100％,应变灵敏度集中在0.0012,应变-波长的拟合度皆超过0.999。拉拔试验结果表明,内嵌式FBG传感器可有效监测全长粘结型锚索轴力分布规律;且传感器可实现对锚固段、自由段应力传递规律的定点监测;为锚索浇筑长度的设计、张拉应力的补充提供了计算依据。     

预应力锚索锚固机理的数值模型试验研究

从理论分析着手,详细论述了岩体预应力锚索内锚固段的作用机理与剪应力分布规律,并以大型的岩土工程数值分析软件（ADINA）为研究手段,对预应力锚索的锚固机理进行了数值模拟计算和分析,最后用试验资料加以论证．     

基坑支护中预应力对锚杆支护效果影响的对比试验

预应力锚杆支护在实际工程中应用很广，但缺乏相应的理论及试验研究。给出了预应力自由式锚杆及全长粘接式锚杆在不同墙面上受力的不同的预应力值大小对支护效果影响的对比试验。试验表明，两者初始破坏荷载相同，但整体失稳荷载存在差异。     

岩质高边坡预应力锚固问题研究

在阐述预应力锚索结构及其作用的基础上,分析了影响预应力锚索锚固效果的主要因素,根据现场实测数据,对内锚固段应力分布特征进行了系统的分析,针对预应力固效应的三个方面,提出了群锚第一效应和群锚第二效应的概念,对预应力锚固边非线笥有限元分析作了较为合理的假设,并 体锚根效应在数值模拟中的应用方法,得到的结论为准确的地质参数数值模拟成功的关键。     

锚固体锚根段的传力机理试验研究

基于理论分析、模型试验与曲线拟合方法，初步研究了由预应力钢锚索、水泥砂浆和混凝土体三种异质材料粘结复合而成的锚固体内锚根段界面性状、传力机理和界面应力；建立了钢锚索与水泥砂浆之间界面上作用应力表达式、径向开裂准则与滑移条件以及剪应力与位移之间关系式，提出了混凝土与水泥砂浆粘结界面的作用机制及其开裂时剪应力与正应力关系式、剪应力与位移关系式，为深入分析预应力混凝土锚固体或预应力岩锚体的锚固机理奠定了一定基础     

索梁锚固区应力状态单因素影响分析

为研究不同锚固区节段长度对索梁锚固区应力状态的影响,建立2种锚固构造的8个壳单元模型进行双重非线性(几何非线性和材料非线性)分析,比较8个模型中钢锚箱、钢锚梁、腹板和横隔板的应力分布情况。对比结果表明:不论锚固构造横桥向设置还是顺桥向设置,锚固区节段长度对钢锚箱的应力影响相对较小,而对钢锚梁、腹板和横隔板的应力影响较大;当所选锚固区节段长度远离锚固区大于2倍梁高时,计算结果差值在5%以内。所得结论可供锚固区数值模拟参考。     

预应力岩锚的应力场计算

为了合理设计高吨位预应力岩锚，必须清楚岩锚的应力场情况。本文采用非线性有限元法计算了胶结式预应力岩锚胶结体和基岩的应力及其分布。计算结果表明：锚根表面剪应力上大下小；对于岩石较硬的情况，同一断面上以钢丝束表面剪应力最大；最后破坏于胶结体内部。     

预应力锚具的弹塑性有限元分析

为了解决预应力结构设计理论和设计方法的不完善的问题,对预应力用液压千斤顶锚固体系结构尺寸进行优化,通过对单孔锚具的弹塑性有限元分析,模拟预应力锚具的实际工作状况,描述载荷状态下锚具与夹片的相互作用,获得不同结构尺寸条件下的锚具的应力应变状况,把握条件改变时的受力变化规律,对锚具强度性能进行了系统分析,确定锚具结构尺寸并给出了锚具优的合理建议.     

排桩预应力支护结构中锚筋预应力的施工力学

排桩预应力基坑支护结构中预应力锚杆的设计和施工是关系基坑安全大计的关键。工程中同排预应力锚杆张拉锁定值通常是相等的 ,而施工中先张拉锚杆预应力水平在后张拉锚杆预应力施工过程中将发生变化 ,由此导致同排锚杆预应力水平不一致。本文按顺序张拉施工假定 ,研究建立了锚杆预应力施工力学计算模型 ,推导了工程常见的 2～ 4跨腰梁条件下 ,各锚杆预应力施工锁定值 ,按此施工可保证同排锚杆预应力水平的最佳一致性。