预置节理岩体锚注加固机理研究

通过应用室内力学实验,建立实验模型,模型主要对节理岩体、锚固节理岩体以及锚注节理岩体的抗剪强度和本构关系进行对比分析。试验结果显示:锚杆加固、注浆加固、以及锚注加固能够很好的提高节理试件的刚度和抗剪强度;从粘聚力和内摩擦角的增幅变化中,发现粘聚力的增幅大于内摩擦角的增幅。通过室内锚注试件的剪切实验和锚注节理边坡的控制效应,发现锚注加固可以有效控制节理岩体的变形和位移,同时对矿山节理岩体的控制和利用有理论指导意义。     

剪切荷载下岩体结构面-浆体-锚杆相互作用机理宏细观研究

基于PFC中FISH语言,采用双线性锚杆本构模型对岩体加锚节理面在剪切荷载作用下的力学行为进行数值模拟研究,通过变化锚杆刚度和浆体强度,深入研究岩体结构面-浆体-锚杆相互作用下锚固体系宏细观力学响应。结果表明:加锚节理面的力学响应与锚固结构的力学性质密切相关。锚杆刚度越大,节理面宏观抗剪强度越高;随着锚杆刚度的增加,岩体和浆体中的裂纹也越来越多,锚杆对浆体和岩体的损伤逐渐增加。岩体结构面-浆体-锚杆相互作用,裂纹的产生首先起于节理面上和锚杆与节理面交叉处,随着剪切位移的不断增加,节理面上的裂纹在接触力集中的地方继续产生,而在锚杆周围则由锚杆与节理面交叉处向锚杆两端继续扩展,且裂纹集中在锚固体系的受压侧,主要为由"压致拉"机理导致的张拉裂纹。浆体的强度过小或过大都可能导致锚固体系中裂纹数量的增多,且裂纹以张拉裂纹为主。当浆体强度较低时,裂纹主要集中在浆体中,而当浆体强度较高时,裂纹主要集中在岩体中。因此,在对节理岩体进行加固的过程中,应综合考虑节理面宏观上的抗剪强度和细观上锚固体系的损伤,以实现锚固体系的宏细观耦合支护。分析结论对于节理岩体的锚固支护设计具有参照价值。     

锚杆加固机理的试验研究现状

从锚杆形状和灌浆体特性对锚杆抗拔承载力的影响,锚杆的倾斜角、节理面的粗糙度、锚杆长度及直径等加锚设计参数对加固效果的影响,锚杆加固对岩体的弹性模量、抗压强度、内摩擦角、凝聚力和渗透系数等岩体参数的影响3个方面介绍了国内外相关的试验研究成果,讨论了岩体锚固的试验研究中存在的问题及进一步的研究方向.     

隧道锚的抗拔安全系数确定方法

为了探求合理的隧道锚抗拔安全系数评估方法,依托西南某跨越金沙江的大桥隧道锚工程,分别采用应力积分法、塑性屈服区体积-荷载曲线和位移-荷载曲线求解隧道锚的抗拔安全系数,并将3种方法的计算结果与规范法的结果加以对比.结果表明:规范法忽略了岩体对锚碇的夹持作用,故其计算所得抗拔安全系数相对最小,仅为2.60;应力积分法取用设计荷载工况对应的应力场,夹持效果不明显,因而计算结果接近于规范法,采用应力积分法所得锚碇-围岩界面及围岩内破坏面的抗拔安全系数分别为2.64和2.88;采用塑性屈服区体积-荷载曲线及位移-荷载曲线时,容许荷载作用下的锚碇-岩体能够充分接触,夹持效果显著,故所得抗拔安全系数最大,其值均为6.50;通过极限摩阻力来反推锚碇-岩体界面夹持力,可得考虑夹持效应的隧道锚的抗拔安全系数.     

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.     

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.     

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°.     

锚固岩体力学特性试验研究

为了研究锚杆加固岩体边坡后的加固效果,通过室内相似材料模型试验,在单轴压缩情况下,研究不同加锚方式对岩体抗压强度、弹性模量,锚固岩体各向异性的影响.研究结果表明;垂直加锚试件和水平加锚试件的峰值强度得到不同程度提高:垂直加锚和水平加锚在相同的加锚密度以及相同的加载条件下,不同的锚杆布置方向表现出不司的强度及变形特征:垂直加锚时试件的弹性模量比水平加锚时的弹性模量高l6％～26％,表明在进行稳定性分析时,加锚岩体宜按各向异性材料进行考虑.     

分体式锚杆加固边坡设计及应用

为了提高全长注浆型锚杆在地层中的锚固效率,改善锚杆在滑面两侧的应力集中现象,提出一种新型分体式锚杆。介绍分体式锚杆的结构组成和技术特点,在确定最优锚固单元长度的基础上,提出分体式锚杆加固边坡的设计方法,包括锚固力计算、锚筋选取、锚固总长度计算、锚固单元长度选取以及外锚结构选取等。将该方法应用于国道G214线某公路边坡病害加固工程设计中,并采用数值模拟方法研究分体式锚杆的受力机制。研究结果表明:边坡变形在分体式锚杆的加固下逐渐趋于收敛,坡体病害得到根治,从而验证了设计方法的有效性。     

伸缩装置UHPC锚固构造设计与静力性能研究

为综合解决桥梁伸缩缝锚固区混凝土易破损及预埋件焊接工艺繁琐的难题,提出两种现场零焊接UHPC（Ultra-high Performance Concrete）伸缩缝锚固接头优化构造方案：优化构造1中锚板一侧布置锚筋另一侧布置短栓钉;优化构造2中锚板两侧均布置短栓钉,且型钢侧向加设长栓钉;两种优化构造中锚板与预埋钢筋均错开布置,锚固区浇筑UHPC. 新方案简化了现场施工操作,使伸缩装置安装质量可视化. 为探究新方案的锚固性能,并与传统焊接形式进行对比,即锚板一侧布置锚筋另一侧与预埋钢筋现场焊接,锚固区浇筑SFRC（Steel Fiber Reinforced Concrete）,对8个1∶1伸缩缝接头模型进行锚固性能静力拔出试验研究. 结果表明：两种优化伸缩缝接头构造的结构刚度、强度、抗裂性能及锚固性能均有明显提升,优化构造1、2的初裂荷载为传统焊接构造的2.2倍,极限承载能力分别为传统焊接构造的1.38倍和2.33倍;UHPC表面裂缝分布相对集中,数量少且细,而SFRC表面裂缝分布较为分散,数量多且宽;优化构造2中长栓钉的加设有效限制了界面裂缝的发展. 对比研究表明,两种优化方案提高了伸缩装置的受力性能和锚固性能,现场零焊接、安装容差性高,可为桥梁伸缩缝设计提供参考.     

多结构面控制边坡锚固动力简化分析

锚固是边坡支护中的一种重要方法,目前的理论模型大都不考虑地震过程中边坡的响应状态,在边坡锚杆的锚固抗震机理方面存在一定欠缺。本文基于边坡及锚杆在地震作用下力的传递过程分析,提出了一种边坡锚杆动力简化分析模型;利用锚杆荷载分布解析解,分析了不同响应地震动、围岩属性等参数对锚杆受力的影响,从理论上进一步阐述了锚杆的抗震锚固机理。得到了如下结论：岩体的弹性模量和泊松比不是锚杆锚固能力的关键性因素,软岩对硬岩同样可以起到锚固支护的效果;锚杆能够提高岩体的整体性和自稳能力,对多结构面控制岩石边坡,应混合使用贯穿长锚杆和单结构面锚杆的优化锚固方式。     

隧道锚抗拔作用机理的室内模型试验

通过室内模型试验对隧道锚的抗拔作用机理和承载能力进行了研究,设计加工了隧道锚室内模型装置,通过多种配比材料的强度和变形试验确定了用于模拟隧道锚区现场围岩的相似材料,采用多种监测手段进行了隧道锚拉拔荷载作用下地表和围岩内部的变形、应变和应力监测.结果表明:在拉拔荷载的作用下,锚塞体顶部靠近地表的岩体先进入拉破坏,随着锚塞体的传力作用,锚塞体与围岩接触部位侧摩阻力逐渐达到极限,然后荷载逐渐传递到围岩内部,锚塞体附近围岩进入剪切破坏,个别部位为拉破坏,围岩破坏形态为从锚塞体底部向上发散的倒锥型破坏面.隧道锚承载能力由两部分组成:1锚塞体和围岩接触面的极限摩阻力;2围岩剪切-拉破坏的极限阻力,即夹持效应.50倍设计缆力下围岩处于弹性阶段,这表明目前的隧道锚设计是偏于保守的,存在进一步优化的空间.     

软岩地质条件下浅埋隧道锚缩尺模型试验

为研究隧道锚的受力变形和锚碇承载特性等问题,在重庆几江长江大桥工程北岸现场开展1∶30缩尺模型试验。试验结果表明：从相似设计荷载240 kN 到1680 kN,双锚碇前锚面沿拉拔方向的最大位移平均值为0．020～0．808 mm,双锚碇前端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．028～0．749 mm,双锚碇后端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．014～0．645 mm;锚碇围岩破裂类型是拉剪复合型破坏;锚碇上方地表横桥方向参与抗拔作用的岩体范围约2～3 m,而沿锚碇轴向参与拉拔作用的岩体破坏区类似一个倒塞体形状;通过试验得到模型锚的可靠抗拉拔承载能力为1344 kN;模型锚在840 kN 下的流变趋于稳定,其长期安全系数为3．5。模型试验结果表明软岩地质条件下浅埋隧道锚具有较高的抗拉拔承载能力,证明此设计方案是可行的。     

纤维增强混凝土局部抗压性能试验

基于斜向预应力混凝土道面锚固区应力复杂、混凝土抗裂性能差的特点,开展了纤维混凝土试件局部抗压性能试验,得到了纤维混凝土试件在局部荷载作用下的典型破坏模式,分析了支撑状态、纤维掺量对开裂强度和极限抗压强度的影响,揭示了纤维混凝土在局部受压条件下的破坏机理,并基于拉-压杆模型得到了带孔纤维增强混凝土局部受压承载力提高系数.结果表明试件支撑状态和纤维掺量均显著影响局部抗压承载力和破坏模式;对于相同的支撑状态,随着纤维掺量的增大,试件局部抗压能力逐渐增大;对于相同的纤维掺量,底部完全支撑时试件局部抗压承载力显著高于底部部分支撑状态下的承载力;局部受压面积比、预留孔道尺寸显著影响纤维混凝土试件的局部承载力提高系数.     

条形基础下竖向布置FRP板材地基试验研究

与传统加筋材料相比,FRP材料具有高强度和良好耐久性优势,因此它更适于用作加筋材料。完成了纯砂和5种竖向加筋方式的加筋地基模型试验,对比了不同加筋方式对地基承载力和地基沉降的影响,分析了每种加筋方式下FRP的应变及土压力的变化规律,据此探讨了FRP筋材的加筋机理。试验结果表明,不设横筋的加筋地基的加筋效果很小,加设横筋的竖向加筋地基的加筋效果明显,横筋、竖板高度、竖板间距对加筋效果的影响明显,地基的破坏模式均为土体剪切破坏,加筋存在深基础和扩散层两种机理。     

玄武岩纤维改性高强自密实混凝土柱轴心受压试验

为研究玄武岩纤维的掺入对高强自密实混凝土柱轴心受力性能的影响,以玄武岩纤维体积掺量0. 1%、0. 2%和纤维长度15 mm、30 mm为参数,设计并制作了3根高强自密实混凝土(HSCC)对比柱和12根玄武岩纤维改性HSCC柱,进行轴心受压试验和ABAQUS有限元分析。结果表明:相较对照组,掺入玄武岩纤维后,HSCC柱的极限承载力有一定程度提高。纤维长度为15 mm、体积掺量为0. 1%的HSCC柱提高幅度最大,达到19. 6%;同等荷载作用下HSCC柱裂缝的出现、开展得到延缓,应变和变形减小;达到极限承载力时,对应的压应变和位移分别增大24. 3%、20. 6%,HSCC柱的延性得到显著提高;有限元模拟的结果与试验结果吻合较好,验证了模型的可靠度。     

CFRP布加固受弯钢梁试验研究与理论分析

为进一步研究碳纤维布（carbon fiber reinforced polymers,以下简称CFRP）加固钢结构抗弯力学性能,在现有研究的基础上,设计两根试验钢梁,对CFRP布加固钢梁与未加固钢梁进行力学性能对比分析.试验表明：碳纤维加固有效提高了钢梁的承载能力,且对屈服载荷影响更为明显;经加固后的组合钢梁,刚度提高,这是由于当超过屈服载荷时,CFRP布开始承担一部分载荷.另一方面,对加固钢梁进行受力分析,并进行承载力推导.弹性工作阶段,采用截面等效代换方法对加固钢梁进行承载力计算;弹塑性工作阶段,根据塑性铰区位置不同分别对两种受力状态下的加固钢梁进行受力分析与承载能力计算,将试验结果与理论计算对比,吻合良好.     

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。     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。