压力型锚杆临界锚固长度的解析解

考虑压力型锚杆灌浆体因受压产生径向膨胀的影响,对压力型锚杆锚固段进行受力分析,推导其极限抗拔承载力与临界锚固长度的计算公式,并分析灌浆体弹性模量、灌浆体泊松比、岩体弹性模量、钻孔直径及筋体直径等参数对压力型锚杆临界锚固长度和临界长径比的影响.结果表明:极限抗拔承载力随着锚固段长度的增加而增加,达到临界锚固长度后趋于稳定;宜取临界锚固长度理论计算值的65%作为优化的工程临界锚固长度值.     

锚杆参数对深基坑变形影响的有限元分析

目的研究深基坑锚杆支护结构中锚杆不同参数对深基坑变形的影响,为锚杆支护结构优化设计提供参考.方法基于沈阳地铁北大营街站附属基坑工程,利用岩土有限元软件Midas GTS NX建立基本模型和对比模型,分析施工过程中锚杆锚固长度、锚杆倾角、预应力大小等参数在不同取值范围下基坑的变形情况.结果锚杆锚固长度增加时,基坑变形随之减小,但锚杆对基坑变形的限制效果的增幅随之减小;锚杆倾角增加时,预应力锚杆的作用效果呈先增加后减小的趋势,当锚杆倾角超过20°时,锚杆支护的作用效果急剧减弱;锚杆轴力增加时,基坑变形的减少和预应力的增加接近线性关系,在轴力增量超过200 kN之后,轴力增加不能对基坑变形产生明显的变化.结论在沈阳地区地质条件下,预应力锚杆锚固长度建议取8～12 m,锚杆倾角取10°～20°,预应力取150～200 kN.     

注浆长度与套管类型对扩大头锚索性能的影响

扩大头锚索因具有抗拔承载力大、支护效率高等优点在岩土工程中应用广泛,而注浆段落的长度和自由段保护套管的类型将对锚索受力变形特性产生影响。为此,依托实际工程开展了锚固段注浆+PE波纹管(设计方案)、全长注浆+聚乙烯(polyethylene, PE)波纹管(实际施工常用方案)、锚固段注浆+高密度聚乙烯(high density polyethylen, HDPE)套管、全长注浆+HDPE套管等四种不同工况扩大头锚索的现场拉拔试验,对比分析了不同工况下锚索的拉拔荷载-位移(Q-s)曲线、荷载-弹性位移(Q-s_e)曲线与荷载-塑性位移(Q-s_p)曲线、自由段伸长量比例、刚度系数等受力变形特征。试验结果表明,相同注浆长度条件下,采用HDPE套管相比PE波纹管能够更好地发挥对自由段的隔离保护作用,保证自由段的变形性能;而采用相同套管类型时,注浆长度的增加会导致自由段伸长量值的减小,并会增大锚索刚度系数。在试验研究的基础上,提出现场锚索施工采用锚固段注浆+HDPE套管或全长注浆+HDPE套管的建议方案,从而保证锚索受力变形性能均达到设计预期。     

涨壳式预应力中空锚杆锚固效果及其支护参数优化

为探究隧道岩爆地段涨壳式预应力中空锚杆的锚固效果及其支护能力,依托中兰(中卫—兰州)铁路香山隧道工程,利用现场锚固试验,对比分析了涨壳式锚固和其他锚固形式在岩爆隧道中的锚固效果,同时采用有限元数值分析软件MIDAS/GTS NX,分析不同工况下的隧道围岩压力、围岩变形及锚杆轴力对围岩稳定性的影响,进而提出了涨壳式预应力中空锚杆优化后的支护参数,并基于现场实测数据,对涨壳式预应力中空锚杆与普通砂浆锚杆的现场应用效果进行评价。研究结果表明：相对于树脂锚固、水泥药卷以及水泥砂浆锚固形式,涨壳式锚固以其最大的锚固力、支护及时性以及较强的耐久性能,成为本次试验的最优锚固形式,并且能够满足岩爆隧道快速预应力锚固形式施加要求;涨壳式预应力中空锚杆支护参数对围岩稳定性的影响程度从大到小依次为锚杆间距、锚杆长度、预应力、锚杆直径,且直径25 mm、间距1.2 m、施加预应力80 kN、长度3.5 m为香山隧道岩爆段涨壳式预应力中空锚杆支护参数的最优组合;相比于普通砂浆锚杆,现场采用涨壳式预应力中空锚杆后,隧道拱顶沉降和水平收敛S1、S2线变形量减小了57.1%、61.9%和64.4%,收敛时间提前了3～...     

外露段与超钻深度对土遗址锚固无损检测影响的室内研究

为研究土遗址玻璃纤维(GFRP)锚杆锚固系统中外露段长度和锚孔超钻深度对锚固系统基频与采样波形的影响,在室内模拟制作了3根外露段长度为0.5 m,锚固长度1 m,底端预留浆液长度为1 m的试验锚杆系统.试验过程中,首先固定锚固段长度(1 m),对外露段分段切割至0.1 m,然后固定外露段长度(0.1 m)不变,对底端预留浆液部分进行分段切割,以模拟不同的外露段长度与超钻深度.每次切割后,分别采集各外露段长度与各超钻深度下的无损检测波形.通过对采样波形的时域与频域分析,发现随着外露段长度的增加锚固系统基频减小,且外露段长度为0.3～0.5 m时会造成波形失真、干扰信号增加、波形图难以识别,甚至会对锚固质量做出错误评价.对于外露段长度为0.1 m,锚固长度为1 m的土遗址GFRP锚杆锚固系统,超钻深度对锚固系统基频和采样波形的影响均很小.     

地下水基坑预应力锚杆复合土钉支护的稳定性

为研究预应力锚杆复合土钉支护体系参数中土钉长度、倾斜角度、锚杆锚固段长度对基坑稳定性的影响,采用有限元方法,考虑地下水影响,建立基坑数值分析模型,通过强度折减法,研究预应力锚杆复合土钉支护与普通土钉支护在稳定性方面的差异.研究结果表明:预应力锚杆复合土钉支护土钉长度超过10 m时,对基坑稳定性影响效果显著;复合土钉支护土钉倾角由0°到15°改变时对基坑稳定性影响较大;锚固段长度的改变对基坑稳定性影响并不显著,当锚杆总长度及预应力值一定的情况下,存在锚固段与自由段长度的最优分配,使得锚杆施力最为合理,基坑最为安全.     

锚杆长度对反倾向岩质边坡稳定性影响

以某高速公路层状反倾岩质边坡为实例,采用双弹簧锚杆单元,通过FLAC^3D建立数值分析模型,探讨锚杆长度对边坡稳定性和滑动面的影响规律、锚杆在加固过程中的边坡位移响应,并对边坡锚固及锚杆轴力传递机理进行分析。结果表明,随着锚杆长度增加,边坡安全系数提高,竖向位移和水平位移均减小;锚杆长度变化不会对加固前边坡破坏模式产生影响,其潜在滑动面形状为直线型和折线型;锚杆越长,其轴力越大,且锚固位置在坡底时达到最大值;沿锚杆长度范围内锚杆轴力的分布表现为前端大于后端,先趋于稳定后逐渐减小。     

扩大头抗浮锚杆抗拔承载力试验及数值模拟分析

随着我国城市建设的高速发展，传统的抗浮锚杆锚固效果差、易发生群锚效应的问题更加凸显，其抗浮锚固效果并不能达到实际工程的要求，而扩大头抗浮锚杆是深基坑支护相对有效的方式。以中国科学院科研楼基坑中的扩大头锚杆为研究对象，研究深基坑工程中扩大头抗浮锚杆的抗拔承载力，采用Midas GTS有限元软件对扩大头抗浮锚杆的受力特征和变形特性进行分析。研究结果表明：当有荷载作用时，扩大头锚杆的轴力随着锚固深度的增加逐渐减小，扩大头锚杆在变截面处的轴力变化显著且存在拐点；相较于普通抗浮锚杆，扩大头锚杆的抗拔承载力约为普通锚杆的2.4倍；通过理论计算得到扩大头锚杆的极限承载力大致为1 200 kN,理论计算有一定的保守性，实际的极限承载力值应大于计算值；研究结果为今后扩大头锚杆受力分析提供了参考，确保了工程后期的安全性。     

考虑横向约束作用的锚杆锚固参数优化

为了探究锚杆不同锚固参数对顺层岩质边坡稳定性的影响,基于综合考虑锚杆轴向作用力和横向作用力的锚杆数值模型,嵌入离散元软件UDEC(universal distinct element code)中的局部加固单元LOCAL REINFORCE单元,针对某顺层岩质边坡,分析了锚杆长度、锚固角、锚杆间距和布设方式对边坡稳定性的影响,并基于正交试验提出了锚固优化方案.结果 表明:锚杆存在有效长度,在有效长度内,锚杆长度和边坡安全系数存在线性关系;锚杆存在最优锚固角,且锚杆长度越大,最优锚固角越小;锚杆间距越大,边坡安全系数越小,且安全系数下降速率随间距的增大逐步减小;以边坡安全系数和锚杆用量为评价指标,通过正交试验对等长支护锚固参数进行了优化设计,得出了较佳的两个锚固试验方案;各锚固参数对边坡稳定性影响由大到小分别为:锚杆间距、锚杆长度、锚固角;锚杆布设方式对边坡稳定性的提升由大到小分别为:由长到短型、等长布置型、由短到长型.在考虑锚杆布设方式时,应使锚杆穿越的岩层与边坡位移情况相匹配.     

多段扩大头锚杆在砂土中的模型试验研究

为了研究密实砂土中多段扩大头锚杆的几何尺寸对其承载特性的影响,并与底端型扩大头锚杆的承载特性进行对比,通过建立室内模型试验,改变多段扩大头锚杆的直径和段长等条件,进行了一系列的竖向拉拔试验,得到了相应的荷载位移曲线。试验结果表明:扩大头直径对锚杆的极限承载力影响很大,扩大头长度对极限承载力影响相对较小;随着扩大头直径的增大,锚杆的极限承载力增大幅度逐渐减缓;通过与底端型扩大头锚杆的对比分析得出,在总段长相同的条件下,多段型扩大头锚杆的极限承载力是底端型的1.2~1.3倍,并根据已有理论推导估算出多段扩大头锚杆的抗拔力计算公式。     

剪切滑移型反倾向岩质边坡锚固参数优化研究

以娄湘公路北侧反倾边坡为实例,采用有限差分软件FLAC3D建立数值模型,对不同锚固参数下反倾边坡的变形破坏特征和锚固力加固机理进行分析,揭示了各个参数与反倾边坡滑移变形特征的响应关系。结果表明：锚杆加固在坡底时对剪切滑移型边坡的变形起到主要控制作用,边坡抗滑移能力最高;锚杆越长,边坡变形量越小,锚杆锚固力随锚杆长度的增加而增大,边坡稳定性提高;在保持锚杆长度和锚固位置不变的情况下,锚固角增大可以使边坡锚固力增加,边坡稳定性提高,但影响很小。     

注浆锚杆界面应力分析及临界锚固长度计算

为了明确注浆岩锚在半无限锚固长度下的受力机理,分析了锚杆界面的受力关系,给出相应的锚杆拔出方程.然后假定锚杆弹性部分沿锚固深度方向的剪应力分布呈四分之一椭圆弧,进而给出了注浆锚杆临界锚固长度的计算公式.对4根锚固长度分别为6.0m和8.5m的锚杆进行了原位拉拔试验,以验证所给公式的正确性.结果表明,计算得到的轴向应变分布曲线与试验结果一致,轴向应变随着锚固深度的增加呈非线性减小.计算得到的临界锚固长度为5.3m,与试验结果相差3.6%.最后,通过与前人研究进行比较后发现,本文所给公式具有一般性,且通过本文所给公式计算得到的结果相对保守.     

地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.     

端锚预应力锚杆作用范围研究及其应用

为分析锚固体力学效应及端锚预应力锚杆作用范围,并用以优化支护参数,提供施工指导.在挤压加固理论的基础上,利用弹性力学分析方法,建立端锚预应力锚杆锚固范围计算模型.借助Mathematic数学处理软件求得锚固范围方程.在Matlab基础上分析锚固范围方程特性,得出锚固范围与有效锚固长度和有效预应力的关系.研究表明:锚固范围随有效锚固长度和有效预应力的增加而增大;在目前矿山常用有效锚固长度和有效预应力下,最优锚固间距位于0.6～1.4m之间;锚固外区呈锥体状,锥体底面直径为最优锚杆间距,锥体高为有效锚固长度的10%,锥体底边角在7°～29°之间.将锚固范围方程应用于新城金矿的预控顶支护,得到预控顶预应力树脂锚杆锚固范围,求得最优锚杆支护间距1.2m,支护百分比79.3%,锚固外区锥体高0.19m,底边角17.6°.     

深基坑预应力锚杆锚固段应力分布规律与应用

基于凯尔文问题的位移解,推导了用于深基坑支护中的预应力锚杆锚固段剪应力与轴力的分布规律.对岩体与土体两种不同介质条件下预应力锚杆的受力分析表明,不同岩土体介质条件下,预应力锚杆破坏方式不同,要以最薄弱环节作为锚杆设计控制标准;锚杆剪应力沿锚固段呈对数螺旋曲线型分布,最大剪应力往往发生靠近锚固段初始位置处;锚杆轴力沿锚固段逐渐衰减,单纯通过提高锚固段长度来增加锚杆的极限拉拔力有一定的限度.通过对一工程实例的理论与试验对比分析,其弹性范围内的理论解与试验数据基本相吻合,从而为预应力锚杆的设计提供了理论依据.     

温度与荷载联合作用下能源锚杆的热力响应特性数值模拟研究

能源锚杆是一种由地源热泵技术与支护锚杆相结合的建筑节能减碳新技术.然而,目前针对温度影响下锚杆的热力响应机理尚不清楚.基于多场耦合数值模拟方法,探讨温度、锚杆线膨胀系数、锚杆直径、土体导热系数及荷载等因素对能源锚杆热-力特性的影响.研究结果表明：常温锚杆受拉时,锚头位移随荷载的增大而增加;温度下降15℃时,锚头平均位移较常温锚杆降低-1.34 mm(约为锚杆直径的1.0%);温度上升15℃时,锚头平均位移较常温锚杆增加0.89 mm(约为锚杆直径的0.68%);换热过程中,锚杆温度的升高会引起杆体轴力的减小;在同一加热温度和荷载条件下,锚头位移随着锚杆的线膨胀系数增大而增大,锚杆轴力随着锚杆的线膨胀系数增大而减小;锚杆直径的增大会导致锚头位移的减小.试验结果对能源锚杆的设计和施工提供了一定的参考和依据.     

浅埋隧道大管幕施工台阶法几何参数优化

研究了浅埋隧道下穿高速公路大管幕施工的台阶法几何参数优化问题.以重庆新白杨湾隧道工程为依托,采用数值模拟方法分析不同台阶参数对初支受力、围岩变形、开挖面稳定性以及对现场施工的影响规律.研究结果表明:拱顶沉降和水平收敛随着台阶长度增大而增大,应适当减小台阶长度;拱顶沉降和水平收敛随着台阶高度增大而减小,但应控制在合理范围;开挖面纵向位移随着台阶高度增大而增大,开挖面主应力随着台阶高度增大而减小.结合对现场施工便利性和施工效率的影响,最终确定台阶高度和长度分别取值在5.9 m和20 m左右时为最优参数方案.     

全长黏结岩石抗浮锚杆承载性能现场试验

抗浮锚杆具有地层适应能力强、锚固力高、造价低、工期短等优点,具有广阔的工程应用前景.开展了4组13根岩石抗浮锚杆的极限抗拔承载试验,在1根试验锚杆上安装光纤光栅应变传感器进行应力测试,所有试验锚杆均加载至极限破坏状态,从荷载-锚固体顶面位移曲线、锚筋轴力分布、锚筋剪应力分布规律及界面黏结强度等方面进行了分析.结果表明,抗浮锚杆主要出现锚筋-锚固体界面剪切滑移破坏、锚固体-周围岩体界面剪切滑移破坏及锚筋拔断3种破坏形态.试验条件下,黏结长度为2.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力为240 kN,黏结长度不小于3.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力不低于320 kN,承载力高、变形小,能够满足抗浮要求.锚筋轴力自上而下逐渐衰减,锚筋在距锚固体顶面3.0 m以下范围内不受力,建议中风化花岗岩中抗浮锚杆的黏结长度设计值取3.5～4.0 m.锚筋剪应力沿深度呈先增大后减小的趋势,在距锚固体顶面0.45 m的位置达到峰值,约为2.7 MPa.锚筋-锚固体界面平均黏结强度为1.14～1.36 MPa,锚固体-岩土体界面平均黏结强度为0.28～0.37 MPa.     

支护参数对锚固风化岩质边坡稳定性影响的数值分析

为分析不同支护参数对锚固高速公路风化岩质边坡稳定性的影响,通过FLAC3D软件建立数值计算模型,采用强度折减法计算不同支护参数下的边坡安全系数。研究结果表明,锚杆间距和锚杆长度有一定的相关性,当锚杆长度为6,9,12,15m时,对应锚杆间距分别取1.5,1.5,2,2m,锚杆加固效果较好;锚杆存在一定的有效锚固长度,在锚杆的有效锚固长度范围内,适当增加锚杆长度能够提高边坡安全系数;采用先短后长的长短相间和一级边坡采用短锚杆、二级边坡采用长锚杆这两种布设形式,能够更好地加固风化岩质边坡。     

土层锚杆刚度系数算法改进

锚杆刚度系数是考虑自由段变形、锚固段变形和锚杆相对土体位移而求得的复合刚度.在现有的锚杆刚度系数计算公式推导过程中,仅考虑了自由段和锚固段的变形,而并未考虑土体的变形,不能真实反映锚头的实际位移与内力的关系.基于锚杆和土体的协同变形,利用Mindlin解,推导考虑自由段变形、锚固段变形和土体变形的锚杆刚度系数计算公式,并用MATLAB软件编写计算程序进行计算;最后结合工程实例,运用Plaxis2D进行模拟,通过位移与内力求解锚杆刚度系数,将本文计算方法和规范法进行比较.结果表明本文计算方法与模拟结果更加吻合,从而证明了本文改进方法的合理性.