锚杆的握裹力分布与极限抗拔力的分析

本文总结了锚杆握裹力与位移关系的四种模型,对其中三种模型的握裹力分布、荷载位移关系和极限抗拨力等问题从理论上进行了分析.得出了极限抗拔力并不是随着锚固长度的增加而线性加大的结论,而是存在着临界锚固长度,当锚固长度超过临界锚固长度后,极限抗拔力的增加变得不明显,并给出了临界锚固长度的取法.     

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。     

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.     

锚固失效分析

通过工程现场实践和模拟实验，研究预应力锚杆的支护作用机理，探索“负荷压力带”支护理论和锚固预应力的内在关系。在锚固过程中分析影响锚固力的减少与损失的直接因素，采用试验的方法，总结和掌握胶泥固化体的理化性能、技术参数，为工程设计提供准确的数据，同时防止在设计使用过程中造成锚固失效。分析预应力锚杆锚固力的产生，衰减和损失的因素，提出设计锚杆应根据围岩应力大小，巷道开挖后具体不同的地质层面岩石情况。合理选择锚杆强度、材质、直径、长度、间排距、岩石钻孔直径大小和锚固深度。研究锚固失效与各参数的关系，提高支护安全系数，最大限度地减少锚固力损失，提高锚杆支护成功率，为优化支护工程设计，提供思路和方法。     

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.     

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.     

土层锚杆受力特性及水的影响模型试验

土层锚杆的受力特性是多年来各国学者致力研究的问题之一,通过现场模型试验,对土层锚杆的受力特性进行了研究,改变锚杆周围土体的含水量,分别研究了土体含水量对锚杆P-S曲线、极限抗拔力以及预应力的影响。试验结果表明,轴力及剪应力峰值均在锚固段外端,锚杆的P-S曲线为明显的4段线:弹性阶段,弹塑性阶段、塑性阶段和残余阶段,当含水量较低时,弹性阶段较为明显,当含水量增大时,没有明显的弹塑性阶段,直接由弹性变为塑性阶段,含水量越大,锚杆极限抗拔力越低,且呈反"S"曲线变化规律,预应力张拉刚刚完成后,锚杆的预应力损失很快,预应力的变化和时间呈负指数变化关系,当周围土体含水量增大时,预应力会继续降低。     

预应力锚索测试及分析

本文对在预应力锚索施工中进行锚固段长度与锚索抗拔力关系、锚固后锚索应力损失、锚杆锚固后应力状态、锚垫墩下土压力试验并分析。     

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°.     

锚杆参数变化对边坡稳定性的影响的研究

通过建立某公路边坡模型,采用极限平衡方法,研究锚杆参数变化对边坡的影响。研究结果表明:(1)当锚杆布置方式不变时,锚杆长度的增加,边坡安全系数呈现先增大后基本稳定的趋势。(2)当锚杆长度与锚固力不变,随着锚杆倾角的增大,边坡安全系数呈现先增大后减小的趋势。(3)当锚杆长度不变,锚杆张拉力的增加,边坡安全系数呈现先增大后基本稳定的趋势。研究结果为类似边坡稳定的工程设计提供理论依据。     

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.     

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。     

CFRP筋在活性粉末混凝土中的锚固性能

针对碳纤维增强塑料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)作为预应力筋或拉索时的锚固问题,提出了以活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为粘结介质的粘结式锚具.静载试验详细研究了CFRP筋的表面形状、锚固长度、根数和间距以及套筒内壁倾角等参数的变化对RPC的锚固性能的影响.试验结果表明,CFRP筋的表面形状对锚固性能的影响最为显著;对于抗拉强度不大于3 000 MPa的表面压纹CFRP筋,其临界锚固长度约为20倍CFRP筋直径;双根压纹CFRP筋锚固时的合理筋间距不宜小于1倍CFRP筋直径;本文提出的平均粘结强度和临界锚固长度计算公式具有较好的适用性.     

预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具锚固性能试验研究

采用自主研发的足尺张拉、锚固预应力碳纤维板锚固性能试验装置,对3组预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具试件进行了锚固性能试验,测试了碳纤维板应变和预应力损失。结果表明:合理设计的预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具,可靠锚固碳纤维板的拉伸应变达极限应变的50%,预应力锚固损失小于规范规定计算值,能够满足实际加固工程的锚固要求。     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

花岗岩石材植筋锚固性能试验

花岗岩石材植入钢筋的锚固性能和最小锚固长度,是石结构植筋加固的关键问题.开展30个花岗岩石材植筋锚固性能拔出试验,研究锚固长度、植筋胶种类和钢筋表面特征等因素对花岗岩石材植筋锚固性能的影响.试验结果表明:钢筋与花岗岩石材粘结强度随锚固长度的增大而减小;采用带肋钢筋能够在一定程度上提高锚固钢筋的粘结强度;环氧型植筋胶的锚固性能明显优于水泥基植筋胶的锚固性能.使用环氧型植筋胶对带肋钢筋和花岗岩进行植筋锚固时,建议工程应用的最小锚固长度为7d(d为钢筋直径),进行光圆钢筋和花岗岩的植筋锚固时,建议工程应用的最小     

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。     

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.