埋深对双丝拉拔过程力学性能影响

在考虑材料细观非均匀性前提下建立二维双丝拉拔数值模拟模型,研究埋深变化对双丝拉拔构件力学性能的影响,获得不同双丝埋深构件的荷载-位移曲线、沿界面剪应力曲线及荷载-步长声发射曲线等,观察界面控制下不同埋深构件拉拔过程裂纹演化过程及基体剪应力分布情况。结果表明,埋深变化对构件破坏模式及剪应力分布影响较大;随着双丝埋深增加,构件的峰值荷载增大,韧性不断增强。     

界面强度对混凝土双丝拉拔性能的影响

从细观角度考虑界面、骨料、钢丝、混凝土基体四相材料物理力学参数的非均匀分布,利用有限元软件建立双丝拉拔数值模拟模型,研究界面强度变化对双丝拉拔试件破坏模式和力学性能的影响,给出双丝-混凝土基试件在位移加载下的荷载-位移曲线、声发射计数曲线和剪应力分布。研究表明:界面强度变化会改变拉拔试件的破坏模式和声发射现象。界面强度较低时,双丝拉拔试件峰值荷载和韧性随界面强度增加而增加;而界面强度较高时,界面强度的提高对峰值荷载和韧性影响不明显。     

纤维混凝土双丝拉拔物理实验与三维数值模拟

通过设计纤维混凝土双丝拉拔的模具,开展了双丝拉拔过程的物理实验研究,获得双丝拉拔构件的荷载-位移曲线。同时建立了双丝拉拔的三维数值模型,并考虑到纤维混凝土的三相特性和细观非均匀性,研究了不同埋深下双丝拉拔构件力学性能的影响,得出相应的拉应力分布云图、荷载-位移曲线和声发射演化图等。研究结果表明:双丝间耦合效应明显;埋深变化不仅影响构件的应力分布,且构件的峰值荷载及韧性随双丝埋深增加而增加;构件在物理实验与数值模拟下分别获得的荷载-位移曲线有相同趋势,可以简化为三线性本构关系。     

动荷载作用下埋深对单丝拉拔过程的影响

从材料细观非均匀角度出发,基于细观损伤力学和动力有限元方法,建立动载作用下钢纤维增强混凝土单丝拉拔数值模拟模型,实现不同埋深构件的动态拉拔破坏过程,得到构件荷载—位移全曲线和拉拔过程声发射图,探讨了埋深变化对单丝拉拔构件力学性能的影响.结果表明,在同样动载下,埋深变化对构件破坏模式有显著的影响,埋深加大韧性增强,构件抵抗动荷载的能力也增强.     

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。     

土工合成材料加筋土拉拔试验数值模拟分析

为了研究充分调动土工合成材料达到筋土界面剪应力峰值所需的拉拔位移值、填料在拉拔过程中位移和应力的变化以及筋材拉应力的分布在拉拔过程中的变化,在3种土工合成材料室内拉拔试验的基础上,建立了FLAC3D数值模拟分析模型。研究结果表明,FLAC3D数值模拟分析模型得出的拉拔剪应力与位移曲线与拉拔试验结果基本一致;筋材拉应力随着拉拔位移的增加整体呈增大的趋势,当达到拉拔剪应力峰值时,筋材拉应力趋于稳定;填料在拉拔方向上的位移包括正位移区、负位移区和零位移区,正位移区的边界代表了筋材上下影响带的高度;填料在拉拔方向的应力随着拉拔位移的增大从下往上分层递减分布变成围绕土体前后2个最大、最小应力圈分别向四周递减、递增分布。     

冻融环境下CFRP板-钢界面黏结性能试验研究

为了研究冻融环境对碳纤维增强复材CFRP板与钢界面黏结性能的影响,进行了12个CFRP板-钢双剪节点的测试,分析了失效模式、极限荷载、CFRP板应变、界面剪应力和黏结-滑移关系.试验结果表明:冻融循环次数对界面失效模式基本没有影响,所有试件均为胶层失效.随着冻融循环次数的增加,结构胶力学性能和界面极限荷载均逐渐下降,300次冻融循环后结构胶弹性模量和抗拉强度分别下降9.3%和10.3%,界面极限荷载下降14.5%;冻融环境对CFRP板应变分布、界面剪应力分布和黏结-滑移关系的曲线形状没有影响,黏结-滑移关系曲线近似为双线性,但冻融循环作用会导致CFRP板最大应变、最大界面剪应力及其对应滑移和最大滑移下降.     

土工布加筋土界面摩擦特性试验研究

以延安新机场黄土高填方为依托,以工程实际使用的土工布作为筋材,采用与西安亚星土木仪器有限公司共同研制的土工合成材料试验机,进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验,测试了不同压实度条件下筋土界面间的直剪和拉拔强度以及摩擦系数。试验结果表明:1剪切位移与剪应力关系曲线为硬化型,而拉拔位移与拉应力关系曲线为软化型;2土工布与黄土的界面强度在直剪和拉拔条件下均符合莫尔库仑强度理论,土工布与黄土间具有较好的摩擦特性,但相同条件下直剪摩擦系数大于拉拔摩擦系数;3剪切条件下筋土界面强度参数对压实度不敏感,而拉拔条件下压实度对界面粘聚力影响显著。     

夹双筋体复合锚杆锚固性能与界面力学传递特征

在世界最大的生土遗址-交河故城开展现场试验,选用2种长度的锚杆按照基本试验的要求开展拉拔试验,同时在各界面层布设应变监测点。结果表明:8 m长锚杆锚固力达408 kN,满足大体量土遗址锚固的需求;随着长度增加,极限锚固力增长,但平均锚固力减小;复合锚杆各界面剪应力沿着杆长呈现单峰值或多峰值的空间分布特征,随着荷载的增加,界面各点剪应力增加并且向锚固末端传递,峰值剪应力亦同时向锚固末端偏移;试验过程中在较高荷载下出现界面剪应力状态转化的现象。     

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维锚杆(GFRP锚杆)代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,本文通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚杆锚具。结果表明：GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4m左右;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5m处,最大剪应力峰值为2.27MPa,剪应力发挥的主要区间在0.5m~3.5m范围内;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当粘聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。     

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.     

多界面复合锚杆荷载传递机制的数值模拟

采用Abaqus对复合锚杆拉拔试验进行模拟,针对复合锚杆的破坏形式多为界面破坏,应用改进的Cohesive单元对复合锚杆4种界面材料进行模拟,并建立轴对称弹塑性有限元模型对复合锚杆的拉拔试验进行分析.研究成果主要包括:①钢绞线轴向应力及界面剪应力均服从指数分布,且随着荷载的增大,锚杆近端的握裹力被克服,剪应力峰值向后转移.②南竹-复合材料、南竹-水泥砂浆界面剪应力峰值随着主控面剪应力峰值的转移而转移.③南竹管材受周围刚度较大的复合材料及水泥砂浆的约束,其轴向应力峰值分布在南竹的中部.④水泥砂浆-土体界面因边界条件不同于其他界面,其剪应力沿锚杆轴向从近端至远端不断增大.数值模拟结果与现场试验测量结果符合较好,验证了该数值方法的有效性.     

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。     

砾石地层中自钻式锚杆锚固特性现场试验与数值仿真

自钻式锚杆为集钻进、注浆、锚固功能为一体的新型锚杆,能够克服卵砾石地层易塌孔及套管施工效率低的难题,拥有施工效率高、综合经济效益良好等优点,具有广阔的工程应用前景。基于洛阳某卵砾石场地现场拉拔试验与ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了自钻式锚杆在砾石地层中的锚固特性和荷载传递规律。结果表明:自钻式锚杆在砾石地层中的锚固性能优异,能够满足工程需求。锚固体-土体界面平均粘结强度随锚固长度的增加逐渐降低;锚杆轴应力、剪应力和锚固体轴应力沿锚固深度呈指数分布;锚固体剪应力随锚固深度的增加先快速上升后逐渐下降,剪应力峰值随荷载的增加不断增大,但峰值点位置基本不变;随着拉拔荷载增加,锚杆对周围土体应力的径向影响范围增大,而深度方向影响范围维持在一定数值附近。     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面上产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增加在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于竖向界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力;竖向界面需设置在轻重载车道之间的划线处,可确保该处实际不会产生剪切破坏;轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然,因此,采取工程措施加强面层强度并进行剪切强度验算是必要的。     

全长黏结GFRP抗浮锚杆拉拔特性分析

通过非线性有限元软件ABAQUS中的Cohesive黏结单元模拟锚杆杆体-灌浆体界面、灌浆体-周围岩体界面之间的接触,建立玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆杆体-基岩的轴对称数值计算模型,探究全长黏结GFRP抗浮锚杆的拉拔特征和变形规律。研究结果表明:本文建立的有限元模型能够较好地反映GFRP抗浮锚杆的荷载-位移关系、轴应力及剪应力沿锚固深度的分布规律。随着拉拔荷载的增加,灌浆体的应力逐渐增大并沿锚固深度向下传递,灌浆体应力的影响范围也逐渐扩大;周围岩体的应力持续增大,GFRP抗浮锚杆对周围岩体的横向作用范围也相应增大。锚筋弹性模量越小,轴应力与剪应力传递深度越浅;GFRP锚杆轴应力的衰减速率比钢筋抗浮锚杆的衰减速率快。随着GFRP抗浮锚杆的锚固长度的增加,轴应力衰减速率加快,轴应力传递深度减小,剪应力峰值点与地表的距离增大,剪应力峰值和传递深度变小。     

考虑界面软化特性的土层锚杆拉拔受力分析

基于界面黏结软化滑动力学本构模型假定,推导土层锚杆锚固力学微分方程及其解析解。在不同拉拔荷载作用下,锚杆剪应力分布模式大体有3种类型:弹性型、弹性软化型和弹性软化松动型,对一具体的工程问题,这3种模式并非均出现,受材料物理力学性质制约,为此,分析锚杆剪应力分布类型、拉拔极限荷载大小及破坏特征之间的内在关系,并给出相关判别标准及取值方法。同时,还结合已有锚杆拉拔试验资料,通过计算对比分析,验证了该方法的可行性。     

压剪破坏条件下型煤的声发射特征研究

为了给煤炭开采活动中煤岩体和巷道压剪破坏的预报预测提供一定的依据,采用微机控制试验机进行了型煤试块的压剪破坏试验,研究了压剪破坏条件下的声发射特征及压剪应力状态的影响.试验结果表明:声发射伴随于整个型煤压剪破坏的始终,压密阶段之后,声发射事件随应力的增减而增减;当压应力等于剪应力时,声发射事件与试样应力曲线变化趋势最为接近;随着型煤试样剪切破坏强度的下降,声发射事件的峰值也呈现逐渐减小的趋势;低剪切角条件下声发射事件高于高剪切角条件下声发射事件.     

全长粘结岩石锚杆拉拔数值模拟

岩石锚杆已经在岩体边坡和隧道开挖加固中得到了成功的应用,但锚杆锚固段内的具体受力分析仍然没有得到清楚的解决.从锚固段受力连续性理论出发,采用界面剪应力重分布假设,定义出剪切刚度的软化曲线,并利用ABAQUS软件自带的弹簧模型,对典型拉拔试验进行了数值分析,表明多种因素通过改变砂浆层的尺寸和强度对锚杆最大拉拔荷载产生影响.与实际试验结果相比,数值解和实测值有相当的一致性.     

单轴加载岩石损伤及声发射特性非均质效应的数值试验

为研究岩石非均质性对其力学特性的影响,运用岩石真实破裂过程分析软件RFPA2D,并采用岩石单轴常位移加载方式,分析不同均质度条件下岩石损伤演化模式和声发射特性.研究结果表明:均质度对岩石力学特性影响显著,随着岩石均质度的增高,岩石单轴加载损伤演化模式由延性向脆性过渡,宏观破裂弥散性降低,岩石峰值强度不断增大,当均质度大于30时,岩石峰值强度基本趋于稳定;岩石均质度较低时,单轴加载条件下岩石声发射体现出强度低、事件频率高的声发射特性,均质度增高时,岩石声发射强度也进一步提高,并且突变性增强.