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.     

充气锚杆的研究现状及展望

 充气锚杆是一种全新概念的新型锚杆,它是充分利用软土在压力作用下可产生挤压变形的特性研发而成的。本文论述了充气锚杆的独有特点,对充气锚杆的研究现状、锚杆荷载传递机制,以及岩土锚固机制进行了论述。总结了充气锚杆的一些规律：① 充气锚杆的抗拔承载力主要与砂的密实度、软土的液限指数、锚杆长度、充气压力大小、橡胶膜的厚度、橡胶膜外表的粗糙度、充气扩大头体积、锚杆埋设深度等因素有关,其中,锚杆长度是最主要的影响因素;② 充气锚杆的极限抗拔承载力是螺旋锚杆的４倍,在软土的排水与不排水对比试验中,充气锚杆极限抗拔承载力相差3~4倍;③ 在充气压力一定时,不同土体,锚杆的抗拔承载力差别很大,短锚杆100mm时几乎全长受力,长锚杆200~300mm时只在锚杆充气段上部分受力。     

扩大头锚杆研究进展综述

扩大头锚杆技术作为一种经济有效的支护方式,被广泛应用于工程建设中,其承载性能优良,在工程地质条件较差、对变形控制要求高的实际工程中发挥着重要作用,然而,目前还没有对这一类型锚杆做过全面系统的梳理。从扩大头锚杆类型、适用性、承载特性、破坏模式、参数选取5个方面综述了近年来扩大头锚杆的主要研究成果,得到如下认识：新型扩大头锚杆的类型较多,大部分不依赖扩孔技术,施工便捷,但新型扩大头锚杆的适用范围相对较窄,一般仅适用于软土地层。常规扩大头锚杆的适用性相较于普通锚杆要广泛,在软弱土地层中也能发挥较好的支护效果,但在黄土、膨胀土和冻土等特殊土地层中的适用性还有待研究。极限承载力是扩大头锚杆承载特性方面的核心内容,但已有理论存在经验值过多、经验系数取值范围大、计算公式尚未形成统一认识的缺陷,同时关于扩大头锚杆轴力、剪应力的研究仍属于扩大头锚杆承载特性的研究空白区。对于扩大头锚的破坏模式,已有研究多是对试验现象的阐述说明,缺乏对现象背后力学机理的解释。扩大头锚杆本身具备较多的可研究参数,目前研究主要集中在扩大头长度和直径,缺乏如扩孔段数、锚固角等各参数以及参数之间的组合研究。     

端部包裹式扩体锚杆现场试验研究

端部包裹式扩体锚杆是一种通过调整预制囊袋大小,改变扩体段空间形态及几何尺寸进而满足工程中扩体锚杆设计承载能力的新型锚杆。结合实际工程介绍了一组新型锚杆的抗拔破坏试验情况,并与传统锚杆进行了对比,试验结果表明新型扩体锚杆通过高压注浆和囊袋膨压扩孔有效地解决了扩体锚固段注浆体的抗压强度低及尺寸偏小的问题,克服了传统锚杆在软弱土层中施工困难的缺点,通过调节预制囊袋的大小显著提升了扩体锚杆的抗拔承载力,现场试验成果及数据对研究新型扩体锚杆的受力机理及破坏模式提供了完整的资料,对扩体锚杆在工程实践中的推广及应用具有参考意义。     

桩端扩大头尺寸对承载性能影响模型试验

为了研究注浆加固体体积即扩大头尺寸对桩端承载性能的作用效果,本试验通过往PVC管内注浆,改变注浆量和PVC管尺寸来控制扩大头尺寸,然后以此开展室内单桩静载模型试验,最后采用了传统桩端沉降公式计算得出桩端阻力-位移曲线并与实测曲线对比.结果表明:桩端灌注水泥土形成扩大头的桩,相比未注浆的桩,其承载力显著提高,在相同的荷载下,其沉降显著变小;随着扩大头直径的增加,承载力持续增长,但每单位直径增加所提高的承载力先增后减,在工作荷载下对减少位移的效果呈递减趋势;端阻分担比在位移5cm后趋于稳定,其中桩端水泥土扩大头承担较高的端阻比例,且其比例随扩大头直径的增大而增大,由于水泥土受力较大,实际工程中应该注意桩端水泥土的强度;传统桩端沉降公式计算的桩端阻力-位移曲线与实测曲线吻合良好.     

扩大头抗浮锚杆抗拔承载力试验及数值模拟分析

随着我国城市建设的高速发展，传统的抗浮锚杆锚固效果差、易发生群锚效应的问题更加凸显，其抗浮锚固效果并不能达到实际工程的要求，而扩大头抗浮锚杆是深基坑支护相对有效的方式。以中国科学院科研楼基坑中的扩大头锚杆为研究对象，研究深基坑工程中扩大头抗浮锚杆的抗拔承载力，采用Midas GTS有限元软件对扩大头抗浮锚杆的受力特征和变形特性进行分析。研究结果表明：当有荷载作用时，扩大头锚杆的轴力随着锚固深度的增加逐渐减小，扩大头锚杆在变截面处的轴力变化显著且存在拐点；相较于普通抗浮锚杆，扩大头锚杆的抗拔承载力约为普通锚杆的2.4倍；通过理论计算得到扩大头锚杆的极限承载力大致为1 200 kN,理论计算有一定的保守性，实际的极限承载力值应大于计算值；研究结果为今后扩大头锚杆受力分析提供了参考，确保了工程后期的安全性。     

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。     

串囊式充气锚杆在砂土中的模型试验研究

串囊式充气锚杆是基于单囊充气锚杆的改进与创新,为研究其极限抗拔承载力和位移的影响因素,通过对串囊式充气锚杆进行一系列室内模型试验,获得了其相应的抗拔承载力—位移曲线.试验结果表明影响串囊式充气锚杆极限抗拔承载力和位移的主要影响因素有:充气压力、埋置深度、橡胶膜长度和厚度、气囊个数、气囊之间的间距等,这些因素对串囊式充气锚杆的影响程度各不相同.通过与单囊充气锚杆的对比试验,得出在相同条件下,串囊式充气锚杆的极限抗拔承载力较单囊充气锚杆增加了1.2~1.7倍,极限位移仅为单囊充气锚杆的37%~66%.串囊式充气锚杆在增大承载力的同时,有效的控制了位移.     

持力层厚度变化对预制桩承载特性的影响研究

针对桩身位于粉质粘土中而桩端支撑在圆砾层上的预制管桩,进行室内模型试验,研究桩端圆砾层的厚度变化对预制管桩承载力的影响及模型桩荷载作用下的侧摩阻力分布.试验结果表明:圆砾层厚度越大,桩的承载力越大;圆砾层厚度越大,桩侧摩阻力的增幅越大;圆砾层的厚度越大,预制管桩破坏时的总沉降量越小,破坏反应较厚度小者更强烈,桩侧摩阻力随桩土相对位移的增大出现极限值.     

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.     

地锚的设计计算与施工方法

在不具备放坡条件且地下水较高的深基坑中,地连墙锚杆外加地锚支护,具有极其复杂抗拔承载机理及极限抗拔承载力。锚杆挡墙中的地锚能提供足够的抗滑力,且能提高潜在滑移面上的抗剪强度,有效地阻止坡体滑移,应用于深基坑、公路高边坡等工程。具体操作有：测量定位、成孔、投放地锚杆体、下瓜米石、注浆、锚头安装等步骤。     

预应力锚索抗滑桩抗震优化设计与试验研究

据汶川灾后调查发现,预应力锚索抗滑桩具有较好的抗震表现;但在地震的作用下,部分桩仍出现锚索锚头失效现象。为了解决锚头失效问题和提高锚索抗滑桩的抗震性能,结合中国抗震规范及结构抗震设计规范,对预应力锚索抗滑桩给予优化设计,并开展大型振动台试验进行试验验证。结果表明:(1)从震后桩头倾角来看,在锚索抗滑桩锚头与桩间设置消能弹簧可在一定程度上缓解锚头失效问题。(2)桩后设置EPS材料可以减小受力侧动土压力;且其缓冲消能效果跟输入的动峰值加速度相关,输入的动峰值加速度越大,缓冲消能效果减弱。(3)通过试验现象及实测结果分析可以得出,上述优化措施是行之有效的,可以为高烈度地震区锚索抗滑桩设计提供参考。     

带梁式转换层框支剪力墙结构抗连续倒塌分析

为研究带梁式转换层框支剪力墙结构的抗连续倒塌能力及变形程度,通过有限元软件建立本结构的三维模型,基于备用荷载路径法,以某带梁式转换层的框支剪力墙结构为研究对象,选取不同失效工况分别进行非线性分析,研究初始破坏后剩余结构的节点位移、内力机制及内力重分布过程.结果表明:根据各个工况下对失效点变形情况可得底层位移大于转换层位移;同层不同位置柱的对应位移大小依次为角柱、内柱、长边中柱、短边中柱;承重柱失效后其相邻构件的不平衡内力分担情况遵循"就近原则".     

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.     

黄土地区旋扩灌注桩附加应力分布及沉降计算

旋扩灌注桩(rotary squeeze cast-in-place pile,RSCP)是指在灌注桩成孔过程中对桩孔固定位置进行大于原桩径的机械旋扩,之后浇筑混凝土而形成的变截面桩.以探索旋扩灌注桩在黄土地区承载特性为目的,对2道扩孔,3道扩孔1.8倍桩径旋扩模型桩开展离心模型试验,得出了旋扩端和桩端土压力随上部荷载变化规律;发现了当上部荷载达到一定值之后,旋扩端土压力,桩端土压力与上部荷载呈现出稳定的百分比关系.基于Mindlin理论,利用面积积分的方法推导出了旋扩灌注桩的沉降计算公式,利用离心模型试验所得百分比数据,将公式中旋扩端土压力,桩端土压力用上部荷载进行替换,实现在已知上部荷载,旋扩灌注桩尺寸以及桩周土性质的情况下进行加载后期沉降计算.最后,利用离心模型试验P-S沉降曲线验证了沉降计算公式的准确性,提出了预测旋扩灌注桩极限承载力的方法.     

内衬空八边形钢管的混凝土组合柱耐撞击性能

为研究内衬空八边形钢管混凝土组合柱的耐撞击性能,利用无导轨落锤式撞击试验机进行内衬八边形钢管混凝土组合柱耐撞击试验研究.试验过程中采用力传感器、高速摄像机记录撞击全过程中构件的撞击力时程曲线和跨中位移时程曲线.试验中观察边界条件、撞击能量、轴压比和圆钢管壁厚等因素对组合柱破坏形态与能量耗散的影响规律.试验结果表明:外包钢筋混凝土可与空八边形钢管和钢管混凝土相互协调,共同工作;在承受撞击荷载时,撞击高度对试件耗能能力的影响最为显著,边界条件次之,轴压比影响较弱,圆钢管壁厚影响最弱.     

充气滑梯风载锚固分析及仿真研究

针对充气滑梯风载下设施倾覆的情况,研究了现有国际标准中的锚固准则,介绍并推导了锚固点计算公式,定义了锚固失效"三判据",利用有限元软件Workbench,依据静态刚度理论创建了充气滑梯的整体模型,采用MPC算法模拟绳索与设备的接触。在此基础上,选择不同高度锚固点位置进行了仿真,通过对比分析得到锚固系统的初步研究成果。