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。     

型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变行为

通过现场试验，揭示了型钢框架-锚索-岩土体的耦合蠕变行为，建立了支护体系耦合效应下锚索蠕变模型和锚固力损失计算模型.基于蠕变损伤理论构建了锚固力损失过程中等效蠕变刚度损伤计算模型.研究结果表明，粉土地层中，拉力型锚索在有效锚固长度范围内增加锚固段长度可提高其抵抗蠕变能力，压力型锚索受锚固体挤胀作用影响，可有效减小锚固力损失.型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变模型及锚固力损失计算模型皆展现出较好的计算效果，等效蠕变刚度损伤模型可有效预测等效蠕变刚度的损失状态，并准确描述锚固力的衰减规律.     

黄土地层预应力锚索荷载-位移关系试验研究

通过现场预应力锚索拉拔试验,得出了黄土地层中预应力锚索的P-S曲线。研究了不同预应力锚索荷载-位移曲线函数模型对黄土地层的适应性;并对锚索的弹塑性位移进行了分析。结果表明:1在黄土层下,锚索锚固力主要受黄土力学性质的影响,锚固长度与极限拉拔力之间呈非线性增加关系;2指数函数模型能更好地拟合黄土地层预应力锚索的P-S曲线;3在黄土地层中采用塑性位移作为锚索的破坏标准更符合工程实际。     

拉力型锚索极限承载力的解析解与试验研究

针对拉力型锚索锚固岩体的破坏形式,结合拉力型锚索作用下岩体破坏面方程,采用Mohr-Coulomb强度准则,对破坏区岩体的极限平衡状态进行研究。以此为基础,推导基于岩体破坏面方程的拉力型锚索极限承载力的解析解,并分析破坏面形状与锚索几何参数对极限承载力的影响,与拉力型锚索的试验成果进行对比分析。研究结果表明:采用拉力型锚索的解析表达式可以较合理地估算拉力型锚索的极限承载力;基于围岩体破坏的锚索承载力与其破坏面形状有关,对于锚固段存在结构面或滑动面的锚索,需对锚索基于围岩体破坏的承载力进行验算。     

风化岩体中压力型锚索锚固机理的研究

为了更加精确地研究风化岩体中压力型锚索的锚固机理,在理论分析的基础上对压力型锚索锚固段的应力状态进行了研究。分别在风化岩体中锚索锚固段随岩体弹性模量变化、锚栓孔半径变化及预应力荷载变化时的应力变化情况,得到了锚索孔内注浆体受到的压应力及锚索孔与围岩接触面上受到剪应力的分布规律。研究结果进一步丰富了锚索的锚固机理,为实际工程应用提供了理论依据。     

拉力集中型与压力分散型预应力锚索锚固机理

利用有限差分程序FLAC对一种新型预应力锚索--压力分散型锚索的锚固机理进行了数值模拟研究.与拉力集中型预应力锚索相比,压力分散型锚索具有许多优点,尤其适用于对大变形软岩工程的锚固.对比分析结果表明:压力分散型锚索锚固段浆体轴力峰值仅为拉力集中型锚索的1/n(n为承载体的数量),且浆体处于受压状态;锚固段浆体-岩体界面上的剪力峰值也小于拉力集中型锚索,并沿内锚固段轴向均匀分布;在相同条件下,压力分散型锚索比拉力集中型锚索能提供更大的锚固力;适当增加承载体的数量是提高压力分散型锚索锚固力,改善锚固段浆体受力状态的有效途径.     

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.     

考虑自由段受荷的锚杆变形和承载特性研究

针对锚杆端部的拉拔荷载由锚固段的锚固体和自由段的锚固体共同承受的特点,采用反映土锚界面抗剪强度衰减的双折线模型,基于荷载传递理论推导得到锚杆抗拔力与位移之间的解析关系式,工程实例计算结果验证了理论推导的正确性.计算结果表明:自由段受荷后对锚杆的刚度和承载力都有明显的提高,且随着自由段长度的增加,其承载力会有所提高,但锚杆整体刚度却在降低,因此在预应力锚杆的设计与施工中应合理地选择自由段长度.     

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。     

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。     

土岩组合深基坑围护结构受力与变形特性分析——以青岛海天中心深基坑为例

为了研究土岩组合二元地层超基坑受力、变形和邻近建筑沉降随基坑开挖的演化规律,依托于青岛海天中心城市综合体桩锚支护结构体系超深基坑工程,对预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移以及周边建筑物沉降进行了实时监测。结果表明,基坑开挖期间内,预应力锚索轴力随时间的变化规律主要分快速下降、稳定变化和基本稳定3个阶段,锚索轴力平均损失率约为15.08%;基坑最大水平位移为12.30 mm,最大竖向位移为11.01 mm,基坑临近建筑物最大沉降量为1.2 mm,远小于设计和现行《建筑基坑工程监测技术标准》的容许变形值,说明桩锚支护结构体系可以有效控制基坑变形,确保毗邻建筑物安全;同时表明该基坑的支护设计方案有较大的优化空间,从而节约工程成本。研究成果对相似地质条件的超深基坑围护结构设计具有重要参考价值。     

多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构加固技术现场试验研究

对多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构新型边坡加固技术的结构形式、适用范围、加固作用机理、现场试验进行分析,对比分析预应力锚索、多次分段控制注浆预应力钢锚管及多次分段控制注浆预应力钢锚管锚索承载力,研究结果表明：1)该结构特别适用岩土体破碎、松散、易塌孔地层于边坡,通过钢锚管劈裂注浆,提高边坡岩土体的强度指标,充填了和挤密破碎地层间的空洞和孔隙,有效提高锚固段锚固力;2)通过预应力锚索和预应力钢锚管极限承载力对比分析表明预应力钢锚管没能够充分发挥该地层的锚固力。预应力钢锚管施加的预应力只能传到浅表层,且破坏模式为钢管被拉断或者钢管接头处断裂;3)三组不同根数的钢绞线预应力钢锚管锚索极限承载力结果与普通的预应力锚索相比来看,单束钢绞线预应力锚索承载力由200kN增加到235kN,锚固力提高17.5%;两根钢绞线预应力锚索承载力由295kN增加到378kN,锚固力提高28.14%;三根钢绞线预应力锚索承载力由336kN增加到432.26kN,锚固力提高28.65%。表明预应力钢锚管锚索通过劈裂注浆挤密锚固段岩土体,浆液充填裂隙,形成“树根状”,有效的提高了锚固段锚固力。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆的临界锚固长度计算

考虑到抗浮锚杆的工作机理与抗拔桩相似的特性,基于理想同心薄壁圆柱体剪切模型及抗浮锚杆剪应力分布简化模型,推导出GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度的解析式,并以工程实例检验该方法的合理性。研究结果表明：本文提出的GFRP抗浮锚杆临界锚固长度解析计算方法是可行的,将理论临界锚固长度的2/3作为GFRP抗浮锚杆实际锚固长度参考值,可以在保证承载性能的前提下提高材料利用率。GFRP抗浮锚杆临界锚固长度理论值随锚杆杆体-岩土体弹性模量比值的增大而增大,但在该比例逐渐变大的过程中,临界锚固长度增长幅度逐渐降低。此外,增加杆体半径亦可提高理论临界锚固长度。研究结果可为GFRP抗浮锚杆的推广使用提供理论依据与实践参考。     

基于H-B准则点安全系数的岩质边坡锚索锚固长度优化

锚索锚固是岩质边坡常见的锚固手段,合理确定锚索长度对边坡支护设计至关重要。基于Hoek-Brown准则的点安全系数法,对锚索锚固长度的优化确定进行研究。以均质边坡为例,采用FLAC3D内嵌fish语言计算得到边坡内部的点安全系数分布图,据此判断边坡稳定区和非稳定区。再分别假设点安全系数0.85、0.9、0.95、1等值线为潜在滑动面,在此基础上提出4种不同自由段长度的锚固方案,根据各方案下的点安全系数云图讨论锚固效果及边坡稳定性情况,从而确定最佳的自由段长度。结果表明,以点安全系数等于0.95的等值线为潜在滑动面确定锚固长度的方案最优。并以石柱县西沱镇马尿溪桥一侧高边坡某剖面为例,运用该方法对其支护设计方案中锚索长度进行优化,证明了该优化方法的可行性。     

深基坑工程中预应力锚索受力机制的研究

预应力锚索能充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩土的自身强度和自稳能力,已经广泛地应用于边坡工程、基坑工程、地下工程等工程中。对于大部分预应力锚索,内锚固段是锚索的主要受力及传力部件,其受力机制主要体现在内锚固段的极限抗拔力方面。基于Hoek-Brown准则提出计算模型,并结合实际工程,对预应力锚索内锚固段受力机制进行研究分析。结果表明,当内锚固段尺寸及岩体参数一定时,极限抗拔力与灌浆压力呈线性相关。     

考虑局部超载下的桩锚支护结构变形分析

深基坑桩锚支护结构中,关于局部荷载作用影响下的支护结构变形没有固定的分析方法.故引入非线性水平附加应力分布来考虑局部荷载附加作用,结合土体与桩共同变形的挠曲线方程,套用Excel内置函数导出支护桩的水平位移.通过实例的数值模拟结果与附加应力方法计算结果的对比分析,验证了考虑局部荷载下桩锚支护结构的变形计算方法的合理性.超载影响分析表明,相关因素主要影响区域为支护结构开挖面以上的范围,超载作用距离坑边距离的控制与超载值的取值大小对支护结构安全尤为重要.     

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.     

桩锚与土钉联合支护结构的优化选型

桩锚支护结构中预应力锚杆分为自由段和锚固段,通过施加锚杆预应力加强基坑边壁稳定性,锚杆预应力直接作用于排桩上,使基坑侧移受到限制;土钉支护结构中土钉全长锚固,通过基坑边壁侧移以部分释放土压力,并使土钉产生拉力,优势滑裂面前后土钉拉力平衡并直接作用于土体,限制土体边壁的继续变形,形成基坑边壁的支护结构。因此桩锚与土钉是两种受力机理不同的支护结构,将土钉与桩锚作为一个整体共同抵抗荷载和变形,关键是土钉和桩锚支护结构的选型设计,通过受力变形分析合理决策联合支护结构．使二者均能充分发挥其技术优势。本文根据桩锚和土钉支护结构的施工特点、受力变形特点,研究分析了土钉与桩锚联合支护结构协同工作的设计原理,根据工程实际环境条件建议了联合支护结构的优化选型方法。