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。     

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.     

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.     

输电线路裂隙岩体地基锚杆抗拔模型试验研究

针对输电线路工程中节理裂隙发育的岩石地基,根据相似理论设计了锚杆室内抗拔模型试验.试验采用正交试验设计方法,选取岩石弹模、锚杆埋深、浆体强度、裂隙角度和裂隙迹长5项参数作为影响因素,分别就各因素对岩石锚杆基础抗拔承载力的影响机理进行了试验研究.结果表明,上述5项因素中岩石弹模与锚杆埋深对抗拔承载力影响显著,且抗拔承载力与岩石弹模及锚杆埋深均成正相关变化关系,其他3项影响因素对岩石锚杆基础的抗拔承载力影响规律不明显.试验还表明,节理裂隙发育的岩石锚杆基础的破坏形式主要有滑移开裂破坏与滑移剪切破坏2种,并且得出了岩石锚杆的传力机制.     

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。     

沉桩挤土对预制抗拔桩承载力影响的模型试验研究

为研究砂性土中沉桩挤土对预制抗拔桩承载特性的影响,开展了预制抗拔桩在非挤土、单桩挤土条件下的室内模型试验,对比分析了挤土程度、桩长及桩间距等因素对模型桩的抗拔承载力、桩顶位移及挤土范围等方面的影响。结果表明:在砂性土中不同挤土条件下,预制模型桩的极限抗拔承载力与桩长呈正相关关系;在单桩挤土试验中,试验桩极限抗拔承载力显著大于非挤土条件下对应的数值,且随着桩间距的加大,挤土强度削弱,试验桩的极限抗拔承载力随之减小,并逐渐接近非挤土条件下的承载力数值。     

充气锚杆加固砂土地基的研究进展

对充气锚杆的变形特性、承载特性及破坏形态进行了论述,总结了充气锚杆的一些力学规律:(1)充气压力越大,橡胶膜膨胀体体积就越大,膨胀体大致呈圆柱状。分析充气锚杆受力时,可将扩大头近似为等效圆柱体。向充气锚杆中高压注浆,能够有效地控制膨胀体的体积与形状,并为充气锚杆承载力的估算提供方便。(2)端部阻力与侧向阻力是充气锚杆扩大头极限承载力的主要组成部分,可用圆孔扩张理论更好地计算充气锚杆的端部阻力。(3)就充气锚杆的失效形态而言,多囊式充气锚杆与单囊充气锚杆相比,多囊式充气锚杆不会发生锚杆断裂破坏,因此,在实际砂土地基处理中,应优先选用多囊式充气锚杆。     

螺锁式连接预应力异型抗拔管桩抗拔性能研究

文章介绍螺锁式连接预应力异型抗拔管桩(简称"异型管桩")的外形特点和接桩技术,通过单个连接件抗拉实验研究其接头抗拉能力,与普通预应力管桩(简称"普通管桩")进行现场抗拔承载力对比试验,研究异型管桩抗拔承载能力.研究结果表明:螺锁连接件抗拉性能优良,接桩技术操作简单、可靠;异型管桩的单桩竖向极限抗拔承载力比普通管桩提高6...     

GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板锚固性能试验研究

采用倒置锚杆-基础底板体系,通过现场拉拔破坏性试验,研究GFPR筋和钢筋两种材质抗浮锚杆与基础底板的黏结锚固性能.试验结果表明:GFRP筋和钢筋抗浮锚杆均产生两种破坏形态-滑移破坏与拔断破坏;弯曲处理对两种材质锚杆极限承载力影响效果相反,钢筋锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而增大,GFRP锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而减小;钢筋抗浮锚杆的Q-S曲线为双折线型,存在明显的拐点,产生拐点的原因是拉拔荷载达到材料屈服强度,而GFRP锚杆无明显屈服阶段,故其Q-S曲线近似线性分布;在分析比较3种描述锚杆Q-S曲线的数学模型的基础上,发现指-幂函数模型能较好地拟合两种不同材质抗浮锚杆的Q-S曲线,能够精准预测GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板的极限抗拔力和滑移变形.研究成果将为GFRP筋在抗浮工程中推广应用奠定基础.     

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.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

基于图解法的嵌岩抗拔桩极限承载力分析

基于嵌岩抗拔桩现场试验结果,采用图解法对实测荷载-位移曲线进行极限承载力判定取值,并将判定值与实测值进行比较。结果表明,初始直线斜率法受到3.8 mm位移增量的限制,对嵌岩抗拔桩极限承载力取值为实测值的42.0%～102.4%,平均66.0%,偏于保守;双直线交点法的取值为实测值的85.2%～98.5%,平均94.8%,较为合适;L_1-L_2法的L_1取值仅为实测值的15.5%～64.1%,平均29.7%;L_2取值方法是现行桩基规范中确定极限承载力的判据之一。当基础变形有严格特殊的要求时,在试桩荷载-位移曲线特征明显的情况下,L_1-L_2法可以用于试桩承载变形分析,但并不适合用于确定极限承载力。     

溶洞上方条形基础地基极限承载力有限元分析

针对岩溶地区典型围岩条件,采用有限元方法对岩溶地区条形基础下溶洞顶板稳定性进行分析计算,得出溶洞顶板跨度、顶板厚度不同时地基的极限承载力;分析了极限承载力与各影响因素之间的关系,给出了溶洞顶板安全厚度的有限元分析结果.研究结果表明:溶洞顶板厚度在一定范围内,当顶板跨度从B增加到4B时,地基极限承载力降低1/3;当跨度一定时,地基极限承载力随溶洞顶板厚度增加而增加;当顶板厚度达到安全厚度时,溶洞对地基极限承载力影响可以不计.     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

隧道开挖引起的单桩竖向极限承载力变化研究

城市隧道开挖不可避免导致建筑物基桩承载力的变化.本文利用ANSYS建立弹塑性有限元模型,在考虑桩端位于隧洞水平轴线上方、与隧洞水平轴线平齐、位于隧洞水平轴线以下3种情况及桩洞相对位置不同的情况下,对开挖后单桩竖向极限承载力变化进行了数值研究,数值仿真实验结果表明：在桩洞相对水平距离一定的情况下,当桩端与隧道水平轴线平齐时,承载力变化率最大,属较危险桩长;当桩洞相对水平距离在1.5倍隧洞直径与2倍隧洞直径之间时,单桩竖向极限承载力变化率最大,属承载力变化敏感区.     

高温后圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压非线性分析

利用ABAQUS软件,运用位移加载的方式,对不同温度下组合柱进行全过程曲线模拟分析,并把不同温度下模拟结果的极限承载力与公式计算的极限承载力进行比较.基于统一理论的分析方法,得出ABAQUS模拟结果与公式计算结果吻合较好,且具有较高的承载力,混凝土的塑性和韧性有所增加,为工程应用提供了理论依据.     

钢管-钢骨混凝土组合短柱轴压承载力研究

为了研究钢管-钢骨混凝土这种新型重载柱的力学性能,基于核心混凝土抗压强度与侧压力之间的非线性关系,分析了组合柱各部分应力状态.采用极限平衡理论建立组合柱截面的力学方程,确定了短柱轴压承载力计算方法;并进一步分析了提高组合柱轴心抗压承载力的主要影响因素,确定了极限状态下各部分应力值与套箍指标之间的关系.计算结果表明,试验值与本文理论计算结果吻合良好;套箍指标和钢管用钢量对提高承载力有显著的贡献,为工程应用提供了重要的理论依据.     

圆形基础的临界荷载和形状系数

基于圆形荷载下地基中任意一点应力分量的弹性力学公式和Mohr-Coulomb极限平衡理论计算出最大塑性区深度达到1/4基础直径对应的临界荷载.通过圆形与条形基础临界荷载的比较,进一步得到了圆形基础界限荷载的承载力系数和形状系数.将这些形状系数与已有的各种极限荷载形状系数进行比较,发现与黏聚力和埋深有关的形状系数略小于极限荷载中的数值,与基础宽度有关的形状系数与极限荷载中的数值差距较大,建议按偏小的Meyerhof形状系数取值.算例表明:圆形基础临界荷载相对于极限承载力的安全系数与条形基础界限承载力相对于极限承载力的安全系数大致是匹配的.