树脂锚杆锚固段剪应力分布及其损伤模式分析

为了分析树脂锚杆锚固段剪应力分布及其承载、损伤机理,提高树脂锚杆支护在煤矿现场应用的有效性,首先根据煤矿树脂锚杆的围岩环境和受力特点,基于集中载荷作用于半无限体表面和无限体内部的弹性力学解得到了树脂锚杆在非锚固段围岩破碎和完整时的锚固段锚固界面剪应力计算式,分析了锚杆杆体拉力在锚固段锚固界面的剪应力形成机理;然后采用FLAC数值模拟软件模拟了树脂锚杆锚固段的承载及变形,得到了树脂锚杆在一定载荷和围压作用下锚固界面塑性发展趋势;最后以混凝土试块模拟围岩,并在混凝土试块预留孔中锚固了树脂锚杆进行实验室拉拔试验,得到了树脂锚杆锚固段剪应力分布及其增加趋势.结果表明,树脂锚杆剪应力开始时呈负指数形态分布,随着锚杆拉应力的增大,锚固起始端剪切破坏剪应力降低,无围压时峰值剪应力迅速向较深部锚固界面移动并锚固失效,有围压时锚固界面在锚固起始端剪切破坏后仍有较大的锚杆拉应力发展范围.     

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.     

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.     

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.     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

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.     

土层缺陷锚杆锚固特性与参数影响分析

基于界面黏滑本构模型假定,推导土层锚杆锚固力学微分方程及其解析解,给出土层缺陷锚杆锚固迭代计算方法与求解步骤,并结合已有锚杆拉拔试验资料,通过计算对比分析,验证该方法的可行性;对缺陷锚杆锚固特性进行分析,同时,对土层缺陷锚杆分别从空腔大小、空腔位置以及拉拔荷载3方面进行锚固特性的参数影响分析。结果表明:空腔的存在对缺陷锚杆前段锚固段影响较大,而后段则影响较小;土层缺陷锚杆锚固特性分析及其参数影响规律研究可为锚杆锚固质量后评价提供理论指导。     

基于统计损伤理论的锚杆受力全历程分析

基于统计损伤理论,假设锚杆剪切滑移界面各微元的剪切强度服从Weibull概率分布,建立了考虑残余强度的锚杆界面统计损伤本构模型,并选取微元建立锚杆锚固端的受力平衡,确立了锚杆各锚固深度下剪切滑移、轴力、侧阻力以及损伤的数值解法。基于室内拉拔试验确定本构方程,以工程实例进行了验证。同时对锚杆拉拔荷载传递的全历程进行探讨。结果表明:随着拉拔荷载的增加,锚杆顶部的侧阻力增长至峰值点后衰减,最终稳定至残余强度,剪应力分布单峰曲线进一步向锚固深度内传递,锚杆界面应力软化的本质是损伤积累并传递的过程。参数m能够反映剪切滑移曲线的峰后软化速率,减小m可以降低接触面软化和损伤积累传递的速率,从而降低锚杆整体刚度的退化速度,在一定荷载范围内减少锚杆滑移。     

新管幕构件横向锚固力学特性试验

目的提出一种运用通丝螺纹杆连接的地下新管幕结构,通过试验验证新管幕结构横向锚固构件的锚固性能.方法采用与实际工程相同的锚固试件进行拉拔试验,进而得出不同锚固构件的荷载-位移关系曲线、拔承载力及破坏形态.结果新管幕横向锚杆试验主要产生锚杆拉断与锚杆粘结破坏两种破坏形式.锚杆设置螺母及钢板等措施可以提高抗拉拔力,当锚固长度不小于200 mm时,抗拔力主要取决于锚杆强度.改变拉拔顺序对试件的拉拔力有影响,建议锚杆间距至少要大于300 mm,否则需要考虑"群锚效应"影响.结论通丝螺纹锚杆设置螺母及钢板等措施对增强锚固性能有很大的帮助,且锚杆间距较小时存在群锚效应,这种锚固方法能够满足工程的需求.     

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.     

管缝式锚杆的轴向受力特征

详细讨论了管缝式锚杆的轴向受力特征，指出了锚杆轴向力，剪应力、轴向应力及轴向位移均呈指数分布，直至临界滑移状态的均匀分布，为了使理论模型更接近实际，提出了以现场拉拔试验确定模型参数的方法。     

土工织物拉拔试验中筋土界面力学特性

针对土工织物筋土接触面的软化和塑性流动现象，根据拉拔试验的结果，提出了剪应力一位移关系的三阶段弹塑性模型．由筋材的受力特性建立微分控制方程，并通过有限差分法进行求解，得到了拉拔试验中的非线性位移、应变、拉力和剪应力等参量．算例分析了拉拔试验中的拉拔力一位移关系，并与线弹性模型和双曲线模型分析的结果进行比较．结果表明，分阶段弹塑性模型分析更符合实际情况．     

全长粘结型锚杆的界面元分析

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的.通过构建界面元精化模型,系统分析了拉拔作用下全长粘结型锚杆的杆侧正应力分布特征及其破坏过程、灌浆体应力特征及其破坏过程及不同锚杆直径(DB)下杆侧剪应力的分布,获得全长粘结型锚杆的工作机理.     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。     

钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验与数值仿真

通过现场试验以及ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了风化岩地基中全长黏结钢筋抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特征。结果表明:风化岩地基中的抗浮锚杆承载力高,上拔量小,能够满足工程需求。锚杆杆体荷载-位移曲线、剪应力、轴应力分布规律的模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度,说明用ABAQUS软件模拟钢筋抗浮锚杆的承载特性是可行的,具有较强的适用性;同时,还得到了现场试验较难得到的锚固砂浆和周围岩土体的应力分布规律,明确了钢筋抗浮锚杆受荷后的影响范围和锚固体的力学特性,弥补了现场试验的不足。     

快慢凝预应力树脂锚杆与围岩相互作用的力学特征

对比分析了快慢凝预应力锚杆较普通全长树脂锚杆的优势,从锚杆的轴向作用和横向作用两方面进行力学特性研究,得到快慢凝预应力树脂锚杆轴向和横向的应力分布规律.锚杆的轴向作用有效地改善了围岩的应力状态.锚杆的横向作用体现在两个方面,即充填裂隙和抗滑移剪切,能有效改善围岩的力学性质.最后,探讨了节理岩体中锚杆的受力特征,锚杆存在多个应力峰值点,并对轴力公式进行了修正.     

锚固体锚根段的传力机理试验研究

基于理论分析、模型试验与曲线拟合方法，初步研究了由预应力钢锚索、水泥砂浆和混凝土体三种异质材料粘结复合而成的锚固体内锚根段界面性状、传力机理和界面应力；建立了钢锚索与水泥砂浆之间界面上作用应力表达式、径向开裂准则与滑移条件以及剪应力与位移之间关系式，提出了混凝土与水泥砂浆粘结界面的作用机制及其开裂时剪应力与正应力关系式、剪应力与位移关系式，为深入分析预应力混凝土锚固体或预应力岩锚体的锚固机理奠定了一定基础     

深埋巷道锚杆破断失效机理

锚杆破断失效是深埋巷道支护面临的工程问题之一.采用现场调研、理论分析等方法,对深埋巷道锚杆破断失效形式、机理进行了分析.得到结论:1)深埋巷道锚杆破断失效形式主要有剪断失效、脆断失效、折断失效、拉断失效、崩盘失效和松脱失效;2)材料缺陷和受载性能是深埋巷道锚杆破断失效的内因,荷载超过极限荷载是深埋巷道锚杆破断失效的外因;3)拉伸、剪切、扭转等载荷复合作用下,锚杆有效直径减小,拉应力增大,导致破断失效;4)采用恒阻大变形锚杆或二次支护工艺,能够实现深埋巷道锚杆破断失效和围岩变形的协调控制.研究结果对深埋巷道围岩控制具有参考意义.     

岩体裂隙区全长黏结锚杆应变测试方法

受到裂隙岩体非连续变形以及全长黏结锚杆与黏结剂间复杂剪切作用的影响,裂隙区域的锚杆应变量值一直难以准确测量.通过3D打印制备全长黏结锚杆,并在杆体内、外侧分别粘贴应变片,利用单轴压缩试验获得了裂隙开裂过程全长黏结锚杆拉应变的演化规律.研究发现,外侧的应变片受黏结剂剪切变形影响较大,且当黏结剂塑性变形能力较强时,其测试结果易失真.而内部的应变片能准确获得杆体应变的全过程曲线.最后利用FLAC软件模拟裂隙处锚杆失效过程,验证了应变片不同粘贴方式对测试结果的影响,也进一步证明了杆体内粘贴应变片测试方法的可行性.