基于ANSYS对比分析压力型与拉力型锚杆承载特性

基于Coulomb摩擦模型与Drucker-Prager屈服准则,建立了拉力型锚杆及压力型锚杆的非线性有限元模型,对比分析了不同荷载作用下2种锚杆的承载特性.研究结果表明,在不同的荷载作用下,压力型锚杆的轴力及其杆体剪应力随锚固深度的变化曲线与拉力型锚杆的轴力及其杆体剪应力随锚固深度的变化曲线存在着明显的差异,且2种锚杆的锚固体外侧剪应力的变化曲线同样有明显差异.拉力型锚杆的锚固体外侧剪应力峰值出现在锚固体外端,压力型锚杆的锚固体外侧剪应力峰值出现在锚固体内端;压力型锚杆的荷载-顶端位移曲线近似呈线性关系,而荷载-承载板位移曲线则呈现明显的非线性;压力型锚杆的张拉性能大大优于拉力型锚杆.两者的破坏模式一致,均为土层的剪切破坏.     

拉力型锚索极限承载力的解析解与试验研究

针对拉力型锚索锚固岩体的破坏形式,结合拉力型锚索作用下岩体破坏面方程,采用Mohr-Coulomb强度准则,对破坏区岩体的极限平衡状态进行研究。以此为基础,推导基于岩体破坏面方程的拉力型锚索极限承载力的解析解,并分析破坏面形状与锚索几何参数对极限承载力的影响,与拉力型锚索的试验成果进行对比分析。研究结果表明:采用拉力型锚索的解析表达式可以较合理地估算拉力型锚索的极限承载力;基于围岩体破坏的锚索承载力与其破坏面形状有关,对于锚固段存在结构面或滑动面的锚索,需对锚索基于围岩体破坏的承载力进行验算。     

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.     

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.     

基于水硬石灰与粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能试验

采用室内模型试验与现场试验相结合的方法,研究水硬石灰拌合粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能:锚固系统的失效模式、杆体-浆体界面应变与荷载时程关系及传递关系.通过对拉拔力的检测,室内模型可以提供21~30 kN的极限锚固力,现场锚固系统可以提供6.94~16.00 kN的极限锚固力.通过对杆体-浆体界面应变监测,锚固系统表现出低弹性、高塑性的特征.在荷载进程中,杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值分布、高值出现在锚固末端、压应力出现等特点,呈现出拉力型和压力型全长黏结锚固系统的特点.研究结果为更合理地夯土遗址锚固设计提供科学基础.     

GFRP抗浮锚杆螺母托盘锚具外锚固性能试验

为了解决玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆外锚固问题,提出一种新型的锚固系统—螺母托盘锚具。通过自行设计的2组大型构件对拉试验,测定外锚固段变形(滑移)及外锚固极限承载力,研究GFRP抗浮锚杆螺母托盘锚具外锚固承载性能。研究结果表明:增设螺母托盘的GFRP抗浮锚杆结构的破坏形式为锚杆拔出破坏;直径d为28 mm的GFRP抗浮锚杆,在标号为C25的混凝土条件下,外锚固长度为30d的极限承载力为384 k N,最大滑移为8.98 mm,外锚固段广义效率系数为0.890,广义平均黏结强度为5.20 MPa;外锚固长度为15d的极限承载力为267 k N,最大滑移为5.13 mm,外锚固段广义效率系数为0.619,广义平均黏结强度为7.24 MPa。GFRP抗浮锚杆与混凝土之间的广义平均黏结强度随着外锚固长度的增加而降低;在每级对拉荷载作用下,GFRP抗浮锚杆与混凝土广义平均黏结强度随试件两端的滑移增加而降低,随着滑移增加,广义平均黏结强度的增大速率变小。     

充气锚杆在砂土中变形与承载特性试验研究

为研究充气锚杆的变形特性及其对承载力的影响,通过建立室内模型,基于模型压力与体积的关系,测定橡胶膜在加压作用下变形的形状与大小;在此基础上,根据抗拔试验,获得典型荷载-位移曲线,探讨充气锚杆的锚固机理与承载特性.研究结果表明:充气锚杆橡胶膜膨胀体呈圆柱状,可以应用圆孔扩张理论计算充气压力与膨胀体积的关系,预测极限充气压力:充气锚杆在压力作用下形成较大的膨胀体,可获得较大的端阻力;随着充气压力的增加,橡胶膜侧向土体应力转化为第一主应力并达到极限压力,同时对周边的砂土产生压缩挤密作用,提高了砂土的强度,侧阻力提高幅度较大,与一般锚杆相比充气锚杆具有较大的承载能力.     

多段扩大头锚杆在砂土中的模型试验研究

为了研究密实砂土中多段扩大头锚杆的几何尺寸对其承载特性的影响,并与底端型扩大头锚杆的承载特性进行对比,通过建立室内模型试验,改变多段扩大头锚杆的直径和段长等条件,进行了一系列的竖向拉拔试验,得到了相应的荷载位移曲线。试验结果表明:扩大头直径对锚杆的极限承载力影响很大,扩大头长度对极限承载力影响相对较小;随着扩大头直径的增大,锚杆的极限承载力增大幅度逐渐减缓;通过与底端型扩大头锚杆的对比分析得出,在总段长相同的条件下,多段型扩大头锚杆的极限承载力是底端型的1.2~1.3倍,并根据已有理论推导估算出多段扩大头锚杆的抗拔力计算公式。     

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.