基于载荷传递机理的注浆岩石锚杆锚固模型(Ⅰ)

为了进一步研究隧洞等地下工程中锚杆支护锚固机理,根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程,同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷的传递方程,结合圆形隧洞围岩的径向变形方程,推导了理想弹塑性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型,以及锚固段与围岩体界面之间的摩阻力的计算模型.通过对比工程实测结果与模型计算结果,验证了所建立的模型的正确性,同时也验证了巷道锚杆支护中性点理论的合理性与正确性.     

可回收式锚杆拉拔试验的数值模拟与影响因素分析

为了分析影响可回收式锚杆抗拔力的因素,在对可回收式锚杆现场拉拔试验研究的基础上,建立可回收式锚杆三维有限元模型.通过数值模拟分析,探讨可回收式锚杆的受力机理和破坏形式,得到可回收式锚杆的锚固体与周围土体之间的界面剪应力分布和传递规律.分析表明,可回收式锚杆的破坏主要是由于锚固体与周围土体之间的界面剪应力大于界面粘结力而引起的,而且界面剪应力分布不仅与外荷载、锚固长度和锚固体半径有关,锚固体也存在着临界长度和临界半径.     

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.     

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.     

扩大头锚杆结构参数优化研究

目的研究锚固段直径、扩大头直径、锚固段长度、扩大头长度对锚杆受力和稳定性的影响,为扩大头锚杆的设计和施工提供理论依据.方法基于某风电场工程实例,通过有限元分析软件ABAQUS求解不同结构参数下的扩大头锚杆受力特征及周围土层的变形情况和其对锚杆自身的竖向位移的影响.结果锚固段长度增加,使其水平位移逐渐变小后趋于稳定;锚杆锚固段直径的增加,使其周边土层的变形程度减小,同时锚杆轴向力缓慢减小.结论扩大头锚杆锚固段长度为6 m,扩大头长度为0.5 m,锚固段直径为150 mm时,在控制土地变形和锚杆自身位移方面效果最好.扩大头锚杆结构参数对其自身受力及稳定性的影响很大,为以后在扩大头锚杆方面的研究设计与施工理论提供了一定借鉴.     

深基坑支护中锚杆的预应力与摩阻力试验

锚杆支护在国内深基坑开挖和支护中得到了广泛应用,但对其工作机理和计算方法的研究尚不够完善.以1个预应力锚杆支护的深基坑工程为实例,对工程锚杆进行了试验.通过试验,测试了锚固体在岩土中摩阻力的分布规律及其锚杆中的预应力变化,校验了锚杆的设计数据,为工程提供了设计依据.测试结果表明,锚固体与岩土体间的摩阻力沿锚杆长度不是均匀分布的,其分布规律与摩阻力水平有关,在孔口附近最大,从孔口沿锚杆长度逐渐衰减.锚杆的预应力随着时间变化,其变化与注浆量、锚杆的位置及其锁定荷载有关.锚杆杆体的受力变化对基坑开挖较为敏感,同时围护墙体的水平位移对其有一定的影响.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

钢绞线锚具空间受力与锚固特性研究

为研究钢绞线锚具的空间受力特征及锚具应力与钢绞线轴向张力之间影响规律。采用ABAQUS有限元软件建立锚具-钢绞线仿真计算模型,考虑夹片与锚具之间的微滑移及不同摩擦系数影响,分析不同钢绞线张力作用下锚具空间应力分布特征及轴向、环向应变变化规律,并通过锚固张拉试验实测锚具的应变分布。结果表明:钢绞线受夹片横向挤压作用而在锚下位置表现出复杂三向受力状态,计算Mises应力远高于非锚固区域;夹片与锚具接触界面的摩擦系数对锚具应变有明显影响,摩擦系数为0.04时产生的环向和轴向应变均小于摩擦系数为0.01和0.02;锚具应力与钢绞线轴向张力符合单调映射关系,但并不完全吻合线性变化规律,实测锚具对称测点位置处的应力亦难以保证完全一致。     

套筒内锈蚀钢筋与灌浆料黏结性能试验研究

为了研究钢筋锈蚀对灌浆套筒接头连接性能的影响,通过对 20个进行人工锈蚀的试件开展拉拔试验,获得灌浆套筒内不同直径的钢筋在不同锈蚀率情况下的破坏形态、锚固内部钢筋应变和荷载滑移曲线. 对比分析不同直径钢筋在不同锈蚀率情况下的黏结应力分布曲线、相对滑移曲线和不同锚固位置处的黏结滑移曲线. 通过试验结果和理论分析,发现随着...     

预应力锚索荷载传递与锚固效应计算

考虑岩体的损伤特性,根据剪切位移法,推导锚固段侧摩阻力沿锚固长度的非线性分布计算公式;结合该公式和Mindlin解,推导出锚固岩体影响范围内任一点的应力分布解析解,并以具体例子进行计算分析.研究结果表明:锚索在锚固段的应力分布主要集中在前端1/3处,比传统方法计算的结果更集中;为提高锚固的效果不能一味增加锚固段长度,而应增加有效的锚固面积或分散前端的集中应力;锚索的设计参数中,相邻锚索之间相互影响的最小距离应以正应力为标准进行控制,而锚固力则应以剪应力为标准进行控制;随着锚索拉力的增加,在锚固段应力影响范围增加较小,但应力集中程度增加较大,因此,锚索设计时不但要考虑锚索与锚固体的黏结强度,更要考虑锚固体与岩土体的黏结强度.     

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。     

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。     

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.     

快硬水泥三细锚杆的研制

根据三细锚杆的特点，将杆体锚固段变为易于加工安装、抗拔拉阻力大的树枝状，并对锚固长度、水灰比和水泥卷规格等作了调整，研制出快硬水泥三细锚杆。井下拔拉试验证明其锚固可靠。在工业性试验中，辅以金属网，将其用于综采切眼的支护取得成功。