压力型预应力锚索受力特性数值分析

当前大吨位锚固工程广泛采用压力型预应力锚索,其优良的受力特性可保证工程稳定性,但压力型预应力锚索受众多因素影响,设计计算理论尚不完善。根据山西吉河高速公路某边坡锚索框架梁支护工程,通过现场拉拔试验得出压力型锚索锚固体应力分布及破坏形式,由此推算出围岩与锚固体接触面力学参数,并在此基础上采用有限差分软件建立了压力型预应力锚索三维数值计算模型,分析了围岩和锚固体模量、孔径以及接触面刚度等主要因素对压力型预应力锚索受力特性的影响。结果表明:压力型锚索中锚固体混凝土的抗压强度可以得到充分发挥;锚固体与围岩接触面上的剪应力呈抛物线型分布,峰值位于距离承载板约40 cm处;随着锚固体和围岩刚度、锚孔直径及接触面剪切刚度的增大,接触面相对位移将得到控制;由钢绞线松弛造成的锚索预应力损失值会随之降低,支护效果得到有效提升。     

锚索锚固段剪应力分布模式探讨

基于对锚杆拉拔试验结果的实例分析,讨论了锚索锚固段剪应力沿长度的分布模式,得到了锚固段剪应力沿长度分布为在靠近锚固段顶端有最大值而其两侧逐渐减小的单峰曲线模式。     

压力型锚索的非局部摩擦分析

采用Oden等提出的非局部摩擦模型对压力型锚索锚固段受力状态进行分析,以非局部摩擦模型代替经典的库仑摩擦模型,建立其力的平衡方程,并利用摄动法进行求解。通过对非局部摩擦模型和库仑摩擦模型下剪应力和轴力结果进行比较,并分析了反映非局部效应的相关因素。     

锚固段穿越双地层拉力型锚索拉拔力学模型及应用

预应力锚索灌浆体与周围岩土体结合面的极限黏结强度是预应力锚索设计优化的基础参数，然而该参数的取值目前还严重依赖于经验，尤其对于锚固段穿越双地层的工况。此外，预应力锚索现场拉拔试验只是被用来验证初步设计方案是否满足极限承载力要求，并未与设计方案优化建立定量联系。基于对拉力型预应力锚索工作状态作出的合理化假设，建立了适用于锚固段穿越双地层的拉力型预应力锚索拉拔传力机理力学模型，即弹簧-粘片力学模型。该模型给出了锚索锚固段剪应力状态处于不同阶段时的锚固段剪应力分布函数、拉拔力上下限以及拉拔力-始端位移理论关系式。通过将弹簧-粘片力学模型与现场拉拔试验相结合，提出了一种适用于锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度的半解析预测方法。通过与实际工程中的预应力锚索现场拉拔试验成果及三维有限差分数值分析的对比，验证了该预测方法的有效性及其在预应力锚索设计优化中的应用性。研究结果表明：采用所提出的半解析预测方法确定锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度时，只需开展一组现场拉拔试验，从而克服了仅依靠现场拉拔试验获取双地层中极限黏结强度时需开展至少2组现场拉拔试验的缺点，可大幅节约工程造价且有效缩短了工期，具有较好的工程应用前景。     

拉力型与压力型锚杆承载特性对比研究

基于Coulomb摩擦模型与Drucker-Prager屈服准则,建立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两种锚杆的承载特性.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,且两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.     

框架锚索加固边坡地震响应的动力计算方法浅析

为研究框架锚索边坡锚固结构的地震反应和工作机制,克服拟静力分析不能考虑地震时程的不足,提出了可考虑地震过程中锚索轴力残余值改变的锚索动轴力计算方法.基于多自由度体系的集中质量法,建立了框架锚索加固边坡时锚索轴力响应值的理论解,并将其与框架锚索加固边坡的振动台模型试验结果进行了对比.结果表明:1)计算方法具有合理性和正确...     

全长粘结型锚杆拉拔全过程受力分析

为分析粘结型锚杆力学行为,利用弹性力学中均布荷载作用下半无限大空间体问题的边界位移解,并考虑变形协调关系,求出界面处于弹性阶段时轴力、剪应力和位移表达式。结合试验P-w曲线的三个特征点和简化的界面剪应力沿杆长分布形式,求出三折线模型的峰值剪应力和残余剪应力,以及锚杆处于软化段、解耦段和滑脱段的轴力、剪应力和位移与锚固深度的关系式,并得到有意义的结论。     

京藏高速拉萨段高边坡稳定性分析

针对京藏高速拉萨段高边坡加固前后稳定性问题，概化高边坡典型数值计算模型，基于不同失稳判据的有限元强度折减分析方法对该高边坡稳定性进行数值模拟。结果表明:不同失稳判据下，经锚杆、锚索加固后的高边坡安全系数提高约30%；锚杆、锚索所承受的轴力沿其长度方向不均匀分布，未达到屈服状态；加固前后高边坡失稳破坏时的塑性区扩展路径具有一致性，锚固作用很好地抑制了边坡内部塑性区的扩展延伸。     

预应力锚索锚固段应力有限元分析

目前,在边坡工程中大量使用预应力锚索,锚固段是锚索结构受力的主要部分,锚固段在荷载作用下的应力分布和破坏特性还存在较多模糊认识。通过有限元方法对锚固段进行应力分析后得出锚索锚固段的应力分布特性,提出锚索有效锚固段长度应根据砂浆与岩层间的抗剪强度来确定,并应包括在自由段附近出现的局部屈服区或破坏区的长度。     

基于双折减系数的强度折减法在边坡稳定性分析中的应用研究

在传统的强度折减法中,黏结力和摩擦系数均采用相同的折减系数进行折减,边坡处于临界状态的折减系数即为边坡的安全系数。但是,传统的单参数折减法仅仅是寻找临界状态方法中的一种折减形式,并不一定就是最优的折减方式。因此,本文提出了一种新的基于双折减系数的强度折减法分别对黏结力和摩擦系数进行折减。首先,基于极限定理的上限法,建立任意边坡处于临界状态时坡高、坡角、岩体容重、黏结力和摩擦系数应满足的临界曲线方程;其次,假设岩体的黏聚力和内摩擦系数在衰减破坏的过程中应沿着距离临界曲线最短的路径折减,进而建立黏聚力和内摩擦角的配套折减原则;最后,通过两个算例比较了传统单参数强度折减法与本文方法的差异,结果表明,传统的单参数折减法和双参数强度折减法得到的边坡临界状态并不相同,后者得到的临界滑动面更合理。     

在动载作用下山岭隧道锚杆的动态响应分析

基于现场监测数据,采用数值分析方法研究了拱桥铺山岭隧道在底部动载作用下隧道锚杆的轴力和锚固水泥浆应力的动态响应规律。随着爆炸应力波传播,无衬砌影响的锚杆轴向拉应力在极短的时间里增加至峰值,最后趋于稳定,有衬砌锚杆轴力一开始都是向受压方向达到峰值,然后逐渐向反方向振动。每根锚杆从锚头到锚尾锚杆单元轴力都是先增加后减小,中间锚杆单元受拉较大。随着动载作用时间推移,无衬砌影响锚杆在动载作用下,锚杆锚固水泥浆应力逐渐上升到峰值并逐渐趋于稳定,每根锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由负向正方向转变,正负方向水泥浆应力峰值都是由中间向两端逐渐增大。受衬砌影响锚杆锚固水泥浆应力在动载作用后,锚杆锚固水泥浆应力发生多次振动,除了拱腰附近锚杆受到锚固水泥浆应力较小外,其他锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由正向负转变,峰值大小是先减小再增加。     

北京地铁新宫站复合支护结构参数优化分析

以北京地铁19号线新宫站基坑工程复合支护结构为例,运用MIDAS/GTS软件实现对基坑施工过程的模拟,分析支护参数对支护结构受力和变形的影响。结果表明:①随桩径增大,桩体水平位移逐渐减小,各层锚索轴力最大值逐渐减小。②随桩间距增大,桩体水平位移逐渐增大,各层锚索轴力最大值逐渐增大。③随锚索倾角增大,桩体水平位移逐渐增大,各层锚索轴力变化呈现出先增大后减小趋势;在倾角为15°时,锚索受力最大。④锚索锚固段长度越大,桩体水平位移越小,各层锚索轴力最大值均增大。     

新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题，对已有黏结楔式锚固体系作出改进，将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制；在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理，推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式，从而为设计尺寸提供依据；利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟，得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大，据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明：新型锚具的设计参数相互影响，锥角差显著影响内部结构受力，锥角差越大锚具承载力越大，但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大，但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏；以锚筒长度235 mm为例，其最优的内坡角可取10%，锥角差取0.5°；预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大，楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂，从而有效提高内部结构的整体工作性能；新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分，避免了加载端的剪切效应，在有效锚固段受力始终均匀变化，可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力；以Φ32 mm的GFRP筋材为例，极限承载力可达629.4 kN，远超GFRP筋材标准承载力，最高锚固效率达到139.9%，破坏方式主要以炸丝为主，静力锚固性能可靠。     

锚索自由段长度对锚索桩内力的影响

在横向变形约束弹性地基梁法分析锚索桩内力的基础上,详细阐述了锚索自由段长度对锚索拉力与桩身内力的影响,说明了锚索自由段长度是影响锚索桩内力的一个较为重要的因素。通过工程实例分析,指出在同一加固工程中,若锚索自由段长度减小,则锚索拉力增大,桩身内力(剪力、弯矩)减小,对于桩体发挥其承载能力有利,提出可以通过适当注浆来减小锚索自由段的有效计算长度,以改善锚索桩的受力状况。     

软土地层基坑施工过程土锚索受力状态原位试验研究

针对软土地层深基坑施工扰动引发锚索支护系统预应力损失及其支护效果风险演化等不确定性问题,结合温州机场大型深基坑工程,进行基坑开挖全过程土锚索预应力分布特性及其演化的原位试验。通过实时数据,系统研究基坑开挖过程锚固力变化特性、施工方式和参数对锚固力的影响规律、锚索几何参数对自身受力和作用效果的影响。结果表明,近距离土体开挖卸载对锚索体系的实时锚固力产生较大幅度的突变性影响;随基坑开挖过程,各试样锚固力呈缓慢增大趋势;锚固力的损失与增大,取决于锚索结构的几何参数,当锚索长度大于等于3倍基坑深度时,锚固力损失趋于零并呈现逐渐增加趋势。该结果对软土基坑锚索支护设计具有借鉴意义。     

无损检测技术在边坡锚固工程质量验收中的应用

锚索加固技术广泛应用于岩土加固工程的各个领域,锚索的长度及灌浆饱满度是否达到设计要求是其评价锚固效果好坏的重要指标.目前,声频应力波无损检测技术是主要的锚固质量无损检测手段.结合汕昆高速公路贵州境内板坝至江底段边坡锚固工程质量检测试验,阐述应力波在锚索锚固工程质量检测中的应用原理,为无损检测技术应用于边坡锚索锚固质量检测提供经验和参考.     

框架锚杆锚固寒区边坡的多场耦合分析（双语出版）

为了明确寒区框架锚杆边坡支护结构的工作机理,建立了框架锚杆支护冻土边坡的水热力耦合计算模型,采用有限元法进行了求解,基于MATLAB软件平台编写了计算程序,并通过已有的试验考证了程序的正确性。算例分析给出了边坡温度场、水分场、应力场和支护结构冻融反应的分布规律。结果表明：坡面上部受气温影响较大,融化时活动层含水量接近饱和,坡脚附近出现过饱和的“水泡”;冻结时剪应力最大值是融化时的2倍,且分布均匀,边坡处于稳定状态,融化时剪应力在活动层和稳定冻土层交界面发生突变,边坡处于不稳定状态,该交界面是潜在滑移面;在一个冻融周期内,锚杆轴力、立柱内力和水平位移均先增大后减小,且随坡高逐渐增大,3种工况下结构内力和水平位移的关系为冻结时大于融化时大于初始时;冻胀时各层锚杆锚头处轴力增量最明显,增幅沿杆轴方向逐渐减小,融化时锚杆轴力和立柱内力大幅减小,且留有残余变形。因此,框架锚杆支护冻土边坡时,建议支护结构应按冻胀工况进行设计和计算。     

预应力锚索框架设计方法及应用

以陕西某高速公路路堑边坡预加固工程为依托,基于预应力锚索结合框架普遍适用于边坡的加固,分别对锚索和框架进行了设计计算。锚索的设计根据设计荷载、加固位置、锚固角、锚索间距等基本数据,设计锚索锚固力、截面积及锚索长度;框架的设计基于锚索设计锚固力,采用基于Winkler地基模型的弹性地基梁法或简化的倒梁法计算框架内力,根据内力计算结果进行配筋设计。