岩质高边坡预应力锚固问题研究

在阐述预应力锚索结构及其作用的基础上,分析了影响预应力锚索锚固效果的主要因素,根据现场实测数据,对内锚固段应力分布特征进行了系统的分析,针对预应力固效应的三个方面,提出了群锚第一效应和群锚第二效应的概念,对预应力锚固边非线笥有限元分析作了较为合理的假设,并 体锚根效应在数值模拟中的应用方法,得到的结论为准确的地质参数数值模拟成功的关键。     

预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.     

锚索应力场分析及其应用研究

针对锚索预应力作用于岩体内形成的应力场状况,利用弹性力学中的Boussinesg解和R.D.Mindlin解,研究处于锚头的岩石是否会由于挤压而产生破坏,锚根附近的岩石是否会由于张拉而发生破坏。通过研究,得出了锚索预应力作用于岩体内各受力部位形成的应力特点;以及为避免群锚效应,锚索应保持的合理间距。将此研究应用于江苏省连云港将军崖岩画的加固工程中,取得了理想的工程效果。     

基于预应力监测的锚固边坡整体稳定性分析

为研究边坡锚索的预应力损失规律及其对边坡整体稳定性的影响,采用智能弦式数码穿心力传感器对多锚加固边坡锚索预应力进行了长期监测,并结合最小耗能原理的塑性极限分析上限法对多锚边坡的整体稳定性进行了分析。研究结果表明：锚索张拉后其预应力均会出现不同程度的损失,作用于每级边坡中上部的锚索其预应力损失程度最大且有明显的波动现象,波动范围为2%~4%,在锚索预应力损失的3个阶段中,快速损失阶段锚索预应力的损失比重最大,约占总损失率的70%~90%;对边坡进行锚索加固虽可以显著提高其整体稳定性,但不应忽略锚索预应力损失的影响;作用于边坡中下部的各锚索是控制边坡整体稳定性的关键,在后期维护中应着重加强边坡中下部各锚索的预应力补偿,以显著提高多锚加固边坡的整体稳定性。     

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。     

考虑坡顶交通荷载的桩锚分离组合结构协调机制

针对当前对锚桩分离式组合结构的协调作用分析和评价尚未完善的问题,开展交通荷载作用下桩锚分离组合结构协同机制研究.从力学角度揭示桩锚协调规律,阐明二者对边坡下滑的分担机制.首先采用三维有限元数值模拟方法,对边坡桩锚组合结构进行自由振动分析.利用Lysmer的曲面黏性边界与传统地面支撑边界相结合的方式,求解坡顶交通荷载动力学模型的时域方程,精确描述桩锚组合结构的内力响应规律.其次提出桩锚组合结构通过各自内力的增量以抵抗边坡下滑的机制,其中抗滑桩占73.4％,锚索占26.6％,桩锚结构呈现了对下滑力的协调分担.下排锚索内力平均比上排锚索内力增大89.48 kN,内力增量增大4倍,说明固坡效应下排锚索比上排锚索明显增大,而坡顶的剪应变更大,建议在桩锚组合结构抗滑设计时,增加上排锚索的预应力张拉值,以降低下排锚索的内力增量,避免锚索的"连锁失效".最后提出一种桩锚分离组合结构的设计思路,即将边坡加固前剩余下滑力的0.2～0.3倍作为预应力锚索的设计值,从而减少抗滑桩截面的设计尺寸,为组合抗滑结构优化设计提供理论支持.     

群锚加固机理与效果数值仿真试验研究

在“单锚的力学模型与数值试验分析”的基础上，应用引进的大型岩土工程数值仿真分析软件，对群锚的机理与加固效果以及影响因素进行了系统的数值仿真试验研究；并应用多种岩体力学对数值试验验证的群锚加固机理进行了解释与分析；对岩体变形模量、砂浆强度、岩体Ｃ、Φ值、预应力吨位、群锚间距等重要参数对锚固效果的影响作了有意义分析与探讨。     

局部锚固失效下桩锚支护体系深基坑力学响应分析

以某砂土层桩锚支护结构深基坑为工程背景，基于有限元程序Plaxis建立数值计算模型，对单排锚索失效、双排锚索失效两种局部锚固失效工况分别进行模拟，研究了预应力锚固失效引起的支护结构力学响应规律，揭示了锚固失效后的锚索荷载传递规律.研究表明:相对于单排锚索失效情况，双排锚索失效对基坑支护结构变形及内力的影响较大;在群锚失效最不利工况下，桩体最大弯矩和位移分别为正常工况时的1.66倍和1.74倍;桩体弯矩增大倍数是决定桩体是否发生破坏的重要指标.     

单锚的力学模型与数值仿真试验分析

评述了国内外预应力锚固的力学机理与力学模型的研究现状和发展趋势，及分析模型的思路和方法，应用作者提出的接触摩擦界面单元，分析模拟锚索，浆体与岩体界面之间的相互作用和耦合效应，分析中首次考虑了预应力对岩体损伤张量的影响，对单锚的力学机理加固效果进行了系统的数值仿真试验分析研究，得到了许多对工程有益的结论与启示。     

砂土地层深基坑桩锚支护体系的受力与变形

通过对沈阳华强金廊城市广场项目基坑进行长期监测,对该深基坑的桩顶水平位移、桩体水平位移及变形和锚索预应力值进行了分析,探究了桩锚支护体系受力特点和变形规律.研究结果表明:砂土地层基坑围护结构变形的时间效应不显著,围护桩桩顶水平位移空间效应特征明显,围护桩桩体水平位移呈两头小、中间大的鱼腹状变形,桩体受锚索预应力影响产生类似简支梁变形曲线,锚索受季节性冻胀影响显著,且从上到下影响逐渐减小;桩锚支护体系采用600 mm桩径的围护桩具有工程可行性,控制变形能力较强.     

新型可回收锚杆不同布置间距的群锚效应

为了分析在岩土体中新型可回收锚杆的布置间距对锚固特性的影响规律,根据Kelvin解,推导了锚杆按不同间距布置时锚固段剪应力求解公式;采用一般岩土体参数对锚固段剪应力分布进行了计算;建立了按不同间距布置时该可回收锚杆的三维有限元加固模型,并进行了数值计算,验证了理论分析的正确性.结果表明:推导的锚杆按不同间距布置时锚固段剪应力求解公式的计算结果与数值模拟结果相符;在岩体中锚杆布置间距对锚固特性影响不大,而在土体中锚固特性受锚杆布置间距影响较大,锚杆布置间距越小,锚固段剪应力峰值越小,在实际工程施工中应特别注意.     

预埋件受剪性能数值分析

预埋件的抗剪机理复杂,很难通过试验和理论计算确定预埋件的内力分布和应力大小,通常是在一定的简化与假定基础上,对试验结果统计回归得出预埋件的抗剪计算公式来进行计算.为更精确得到抗剪承载力,建立有限元模型对预埋件的受剪性能进行数值计算,锚板、锚筋与混凝土的相互作用通过三维面-面接触来模拟,并考虑了混凝土对锚筋的粘结作用.通过数值分析得到了剪力作用下预埋件的应力分布和锚筋的截面内力,确定了锚筋反弯点的位置和混凝土的承压范围.有限元计算得出的预埋件抗剪承载力与试验实测值很接近,说明所建立的有限元模型是比较合理的,数值分析的结果可以运用到理论分析和实际工程中.     

炎汝高速公路边坡锚杆-放坡支护协调优化设计

炎汝高速公路桂东连接线段LK0+200～LK0+300右侧山体边坡出现了滑坡灾害,拟采用锚杆-放坡组合支护治理方案.为实现治理方案优化设计,根据协调锚杆长度L与放坡坡度i,推荐了42组支护方案,利用数值模拟软件对各方案进行边坡建模分析计算,获得边坡稳定安全系数、边坡剪切力应变随锚杆长度和边坡坡度的变化规律.通过施工治理成本最小化原则分析,最终给出了锚杆长度9.5 m、坡度44°的优化方案,为治理炎汝高速公路路段失稳边坡提供借鉴.     

考虑界面特性的加锚岩体组合单元模型

针对加锚岩体的数值模拟，通过锚杆轴向位移自由度的引入，建立了考虑界面黏结滑移性质的加锚岩体组合单元模型，并导出了组合单元的相关列式，算例表明，采用该模型进行加锚岩体分析时，锚杆可以穿过实体单元的任意部位，可为真实地反映锚杆的复杂几何布局与工作特点提供便利．     

丝状nematic液晶Fredericksz转变的数值模拟与相关模型剖析

液晶Fredericksz转变的研究有实用价值(实验确定若干材料系数)和理论价值(显示机理,弄清不同模型之间联系)．用微极电磁液晶模型深入研究丝状nematic液晶的Fredericksz转变,具体给出三类畸变(垂直锚定、水平锚定与扭曲)的临界磁场强度、指向矢角度分布、最大转角的隐式解析解(是含参变量的隐式广义积分),并作精细数值模拟．与此同时,讨论两类重要电磁液晶模型(Leslie-Ericksen(LE)模型与微极模型)的内在联系,给出两者材料系数之间的转换关系,以及简化的LE模型近似公式的精度与适用范围．     

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。     

深基坑疏桩强锚支护结构参数敏感性分析

依托西安幸福林带基坑工程，通过采用ABAQUS有限元软件建立基坑三维数值模型，研究了桩距桩径比对支护结构内力和变形的影响；对影响支护结构内力与变形的各个支护参数进行了敏感性分析，并且基于此设计了正交实验，提出了依托工程的疏桩强锚优化设计。得出结论如下：（1）支护桩身内力及支护结构顶部水平位移随支护桩距桩径比值的增大而增加，并且桩距桩径比值的变化对桩身下半段内力以及基坑开挖后半段变形的影响较为显著。（2）支护参数敏感性分析表明：支护参数对支护结构内力与变形敏感性强弱顺序依次为：支护桩距径比>锚索预应力>锚索竖向间距>锚索长度>锚索安置倾角。（3）基于支护参数敏感性分析，对当前工程背景下疏桩强锚支护结构进行优化，为类似工程提供参考。     

泰州大桥悬索桥南锚碇基础的变形及超载安全度分析

 锚碇作为悬索桥的主要承力结构物,其变形是影响悬索桥安全的重要因素。针对泰州大桥悬索桥的南锚碇基础,建立了三维的地层-结构模型,应用大型数值软件Flac3D和超载分析法,假定锚碇的超载为大缆拉力按比例增加,研究了锚碇基础的变形随大缆拉力超载系数的变化规律。结果表明,在大缆拉力为设计载荷,即大缆拉力超载系数λ=1时,数值模拟计算结果与现场实测结果接近;在超载情况下,当λ<3.5时,锚碇基础最大变形随大缆拉力超载系数基本呈线性增加;当λ>3.5时,锚碇基础变形随大缆超载系数呈非线性增加;而当λ=3.81时,锚碇基础的水平位移达到极限值。因此,综合考虑锚碇基础的土体塑性区分布和变形控制要求,得到了泰州大桥悬索桥南锚碇基础的超载安全度为3.81的结论,可为泰州大桥工程的稳定性评价提供参考依据。     

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.     

锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。