工作状态下锚杆的变形分析

锚杆广泛应用于支护结构中,它主要利用在土体内产生的锚固力来维持支护结构和边坡的稳定性.文中假定锚固段与其周围土体之间的剪应力与剪切位移呈线性递增关系,锚固段所受的轴力呈抛物线分布,将锚杆的位移分解成自由段的弹性变形、锚固段的拉伸变形和锚固段与土体之间的相对剪切位移,建立了荷载与位移之间的关系式.分析认为,该计算模型能较好地反映锚杆的实际工作状态.     

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.     

锚杆参数对预应力锚固边坡稳定性的影响研究

采用三维弹塑性有限元分析软件,对预应力锚杆加固的大连石门山高陡边坡工程进行数值模拟,并将数值模拟结果与现场实测进行对比分析,验证了计算模型的可靠性。结合强度折减法,研究了边坡在不同锚杆参数条件下的稳定性与变形规律。研究结果表明:随着锚杆预应力的增大,边坡坡面的水平位移和坡顶竖向沉降都逐渐减小,但是当预应力超过界限值后,其边坡位移的影响不太明显;在一定范围内减小锚杆间距能够有效地减小边坡的位移,增加边坡的稳定性;采用分层开挖方式较一坡到底开挖方式,更有利于保证边坡的安全稳定。文中关于锚杆参数对预应力锚固边坡稳定性影响规律研究,可为类似的边坡支护工程提供一定技术参考。     

高速列车荷载作用下锚固边坡动力响应特征

以具体工程实例为依托,采取动力有限元与无限元相结合的分析方法,建立锚固边坡振动模型,对列车长期高速振动荷载影响下边坡岩土体及其锚固结构的动力响应特征展开了研究。结果表明:竖向位移动力特征显示,在高速列车荷载作用下,边坡竖向位移及加速度的最大值发生在坡脚处,最小值发生在坡顶处,随着边坡高度增加,竖向位移逐渐降低,且预应力锚杆框架对列车振动引起边坡沉降起到了一定的控制作用;水平位移动力特征显示,随着边坡高度增加,无锚固边坡水平方向位移峰值逐渐增大,水平位移动力响应最大值出现在坡顶,而坡脚的水平位移最小;列车荷载持续作用下,边坡岩土体内振动荷载逐步向远端传播,边坡位移变化范围也逐渐开始扩大,位移量值也开始增大,坡脚至第二级中部位移量达到1mm;在列车荷载作用下,上排锚杆轴力呈波动缓降趋势,缓降幅度0.63%,下排锚杆轴力呈波动上升趋势,上升幅度0.55%;边坡底部动态响应最为明显,振动加速度增幅最大,速度增幅次之,位移变化幅值最小,表明边坡底部的动力响应敏感性要显著大于边坡其他部位,这在边坡设计、加固治理中应引起格外注意。     

关于复合土钉支护结构的设计与试验研究

复合土钉墙是一种新型边坡支护形式,在工程实际中已得到了广泛的成功应用,但就其工作机理以及设计方法而言还不是很明确。通过对长沙市某基坑复合土钉支护结构的设计与实验研究,表明了基本抗拔实验在复合支护结构设计中的重要性,通过实验说明：预应力锚杆主要作用是提高边坡的抗滑移稳定性和减小边坡位移。     

差异化锚长组合支护方式对边坡稳定性影响的数值分析

为寻求边坡锚杆布设的优化形式,拟采用差异化锚长组合方式进行支护。首先探讨在边坡不同位置单独布锚,得出其对边坡整体稳定性的贡献存在显著差异,由此引出并强调边坡层位的作用。另外考虑到对锚杆长度进行差异组合在经济上更为合理,由此将边坡锚杆组布设成长-中-短型、中-长-短型、短-长-中型3种组合形式,通过分析安全系数差异、锚杆轴力比重和滑动面位置等变化情况,研究布置方式的变化对边坡稳定性的影响。结果表明:在组合布锚情况下,存在整体最佳锚固角θopt与层位有效锚长Leff,安全系数差异与滑动面位置的主控因素均随锚固角在各层位间不断转移,边坡破坏模式随锚固角增大由深层滑动突变为浅层滑动;当各层锚杆组采用单层布锚下的最佳锚固角进行组合布设时,加固效果一般,存在"组合-群锚效应",此时对各层锚杆组按小角度岔开布设为宜。     

基于极限平衡方法的边坡锚杆最合理支护参数研究

锚杆最合理支护参数的确定是对边坡进行有效治理的前提条件,为了准确地确定边坡锚杆的支护参数,笔者运用极限平衡方法,分析了边坡在锚杆处于不同倾角、不同布设形式条件下的边坡安全系数和潜在滑动面的变化情况.分析结果表明:1)锚固边坡存在锚杆的最合理锚固倾角.但对于不同长度的锚杆来说,锚固倾角一般不同.当锚杆倾角大于最合理倾角后...     

一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆

支护理论的发展对锚固技术提出了新的要求,即要与围岩变形相协调,允许围岩可控变形,充分发挥围岩的自支撑能力。基于此设计了一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆,该型锚杆在达到初始锚固力后,在保持与围岩协调变形的伸长过程中锚固力可基本保持恒定,达到围岩许用变形形值后,锚固力急速上升。室内与现场试验证实了新型可伸长锚杆协调围岩大变形的优良性能,可在围岩大变形支护中推广应用。可伸长。     

层状地基中锚杆拉拔荷载传递非线性分析

为了研究层状地基中锚杆拉拔受力的非线性特征，引入锚固界面剪切滑移的双指数曲线模型，基于荷载传递法基本原理，建立层状地基中锚杆荷载传递的非线性微分方程，推导锚杆轴向位移、轴力和界面剪应力的解析解，并给出层状地基中锚杆拉拔受力特性的计算方法与求解步骤。在此基础上，分析拉拔荷载作用下层状地基中锚杆的荷载-位移曲线特征、轴力与界面剪应力分布特征以及锚固体埋入位置对锚杆受力特征的影响，并以工程实例检验该方法的可行性。研究结果表明：作用荷载较小时，层状地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征与均质地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征基本一致；作用荷载较大时，地基土层状分布特征对锚杆拉拔受力特性具有显著的影响，锚杆轴力和界面剪应力在土层分界面处具有明显的界面效应，即二者在土层分界面处分别存在明显的转折点和跳跃点；锚固体埋入密实地基层中的范围越大，锚杆的极限抗拔荷载也越大，延性也越好，实际工程中应将锚固体尽可能地埋置于硬土层之中；在锚固界面弹性黏结、塑性变形（局部软化）以及滑移破坏的整个全历程阶段，所提方法的计算结果与工程实测的锚杆荷载-位移曲线均吻合较好，反映了锚固界面剪切滑移与锚杆受力变形的非线性特征。     

万宜高速公路膨胀土边坡柔性结构支护参数影响分析

依托万宜高速公路膨胀土边坡,结合实际工程建立数值计算模型,运用FLAC3D分析不同锚杆倾角、锚杆长度、锚杆间距、土工格栅网格尺寸以及框格梁截面尺寸对边坡稳定性的影响,得到支护参数的最优组合,表明:锚杆长度的增加能够有效增加边坡稳定性,安全系数随锚杆长度而线性变化。在一定范围内,边坡安全系数随锚杆倾角增大而非线性增大,存在对边坡稳定性最有利的最优锚固角,安装锚杆时尽量使其锚固角度与最优锚固角接近。边坡的安全系数随锚杆间距的增大而非线性减小。随土工格栅尺寸的增大边坡安全系数逐渐减小,并且土工格栅网格尺寸与安全系数呈线性关系。边坡安全的系数随格梁截面尺寸的增大而增大。     

锚杆支护边坡动力响应规律及锚固参数影响

现场调查表明,锚杆支护能有效提高边坡在地震作用下的动力稳定性.通过采用拟静力法对汶川震区内锚杆支护边坡的地震稳定性进行验算后得知,边坡的动力安全系数随锚杆长度的增加而增大.利用FLAC3D分析了地震作用下锚杆支护边坡的动力响应规律以及锚固参数对边坡动力特性的影响.结果表明,锚固措施能有效抑制坡表加速度的放大作用,地震后...     

让压(组合)锚杆在挤压大变形隧道中的力学特性试验

全长黏结型长锚杆作为一种被广泛应用于治理挤压大变形隧道的支护措施，常因围岩变形过大，发生杆体断裂和垫板屈服等现象。为此，提出一种可自进式让压(组合)锚杆，通过在部分杆体上外套光滑套管形成无黏结段，使该无黏结段先于锚固系统破坏前“屈服”伸长，实现了长锚杆在全长灌浆条件下的“让压”,提升了锚固系统的整体稳定性。以新建木寨岭公路隧道为工程依托，采用自进式施工工艺，开展了全长灌浆下的10 m全长黏结锚杆和10 m让压(组合)锚杆的对比试验。试验结果显示：全长黏结锚杆轴力200 kN,超过杆体屈服荷载，且垫板在支护初期(4～5 d,围岩位移75 mm)即出现明显屈服，锚固系统整体稳定性差、可靠性低；让压(组合)锚杆因存在无黏结段，杆体轴力和垫板应力均出现下降，最终保持在一个较低的量值(130 kN和190 MPa),实现了全长灌浆型长锚杆的大尺度支护。研究成果可为大变形隧道中长锚杆的选型提供借鉴。     

土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计的数值模拟分析

为提出土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计数值模拟分析方法,以某实际边坡为例,基于摩尔-库仑准则,采用GeoStudio模拟研究了边坡开挖过程及加固后应力场和位移场的变化特征,分析其稳定性和支护方案的效果。结果表明,第二级边坡位移最大,达10.8cm;边坡中部受拉,最大拉应力达56.8kPa;强-中风化岩层分界线应力集中,屈服破坏区主要沿此区域发展;稳定性随开挖进程逐渐降低,破坏趋势为圆弧滑动破坏;采用的"框架锚杆坡面防护+框架锚索锚固强腰+抗滑桩锁脚支挡"方案,加固效果良好。     

拉-剪状态下锚固节理剪切强度与破坏模式分析

为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式,基于颗粒流数值模拟方法,建立不同锚固角度的锚固节理模型(锚固角度分别为15°,30°,45°,60°,75°,90°)。拉剪速率比设置为1∶1,结合数值模拟结果,从细观角度分析不同锚固角度下的岩石节理面破坏模式与锚杆变形状态。结果表明,锚固角度对模型的峰值剪切强度、剪切曲线以及黏结力分布趋势均存在较为明显的影响:(1)锚固角度对节理拉-剪作用下的破坏模式存在较大影响,随着锚固角度的不断变化,试样的破坏模式也存在较大的区别。当锚固角度较大时锚杆与节理交界处存在明显的核状破坏,在加载后期取决于拉伸裂纹的扩展。而锚固角度较小时,锚固节理的破坏主要是拉伸裂纹的扩展所致,锚杆与节理面接触位置并未出现明显的破坏现象。(2)当锚固角度较大时(60°～90°),锚杆尖端并无明显的拉伸应力分布,且锚杆内部拉伸应力集中于锚杆中段。然而,当锚固角度较小时(15°～45°),锚杆大部分区域均存在明显拉伸应力集中现象,且锚杆尖端位置岩体内部也出现了明显的拉伸应力。(3)峰值剪切应力随着锚固角度的增大呈现出先增大后减小的趋势,锚固角度为0°时峰值剪切应力处于最小值,锚固角为75°时峰值剪切应力达到最大值。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。     

基于荷载传递法和剪切位移法压力型锚杆刚度分析

引用剪切带概念对锚杆锚固受力及荷载传递特性进行了分析阐述,基于理想的弹塑性剪切滑移模型模拟锚固界面受荷作用,运用荷载传递法与剪切位移法对锚杆锚固界面及界面外土体的剪切变形进行分析求解,据此推导了压力型锚杆刚度系数的计算公式。对刚度系数计算公式的影响因素进行了分析,结果表明压力型锚杆的刚度系数会随锚固长度增加而增长,但当锚固长度过大时会产生部分无效锚固段,锚杆锚固段直径和灌浆体弹性模量均与刚度系数有正相关关系,同时土体的力学性质与锚杆刚度系数也有紧密联系。     

框架锚杆锚固寒区边坡的多场耦合分析

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。     

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。     

基于FLAC3D的深挖边坡锚杆支护探讨

为探明某公路深挖边坡进行锚杆支护的时效,采用公路路基设计规范方法确定支护方案,并对规范方法所作"每根锚杆承担相同下滑力"的简化和假定下的锚杆支护方案采用FLAC~(3D)进行计算。通过对边坡与锚杆的应力状态和分布形式进行分析得出,在分级锚固支护下的边坡位移分布规律、各层锚杆轴力分布规律与所处层位的关系、潜在滑动面分布规律,并基于此分析了支护方案的安全性与合理性;通过对计算结果进行分析得出,采用规范方法的锚杆支护方案各层锚杆抗拉发挥程度不一致,所得稳定系数达不到规范要求的安全系数,方案偏于不安全;基于对现有方案的分析,采用FLAC~(3D)在总锚杆长度不变的基础上对方案进行优化,通过分析计算,优化后的方案稳定系数满足设计要求;最后,针对深挖边坡锚杆锚固工程的设计和施工,提出相关建议。     

锚固边坡稳定性的极限分析

传统的极限平衡法在分析锚固边坡稳定性时存在缺陷,为此将塑性力学中的上限法应用到锚固边坡稳定性分析中。文章推导了边坡稳定所需锚固力上限解的数学模型,并用序列二次规划法(SQP)进行了求解。研究发现:锚杆的外锚头距坡脚越远,所需锚固力越大,但在边坡中下部变化不大;锚固力随锚杆的倾角非线性增大,随安全系数线性增大;锚固力和滑裂面形状还与外锚头和锚固体的力学特性有关。为了提高锚固效果,建议在边坡的中下部加强锚杆的布置,而且建议锚杆倾角范围为13~35°。