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。     

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。     

基于能量原理的拉力型锚杆数值计算方法

基于能量原理,对拉力型锚杆锚固体的轴力与位移进行了计算分析.首先,对拉力型锚杆的承载机理以及所使用锚固单元和侧阻力计算模型做了简单介绍;其次,推导了锚固体单元的能量平衡方程,并给出其差分形式;然后,给出了拉力型锚杆锚固体工作性状的程序计算方法,并通过误差分析给出了程序收敛策略,提高程序计算效率;最后通过算例计算对拉力型锚杆锚固体承载性状进行了分析.研究表明:基于能量原理推导的拉力型锚杆锚固体能量差分方程及其程序计算方法可以合理地分析锚固体的工作性状,其计算结果可以为工程设计提供参考;拉力型锚杆锚固段的确定宜考虑锚孔直径以确定最经济的锚固长度.     

拉力型锚杆有效支护长度

本文根据锚杆与岩石体之间的相互作用关系,以有限元软件ANSYS为工具,建立了全长粘结式锚杆的拉拔试验数值模型,对全长粘结式锚杆的拉拔试验进行模拟,揭示全长粘结式锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律,以及全长粘结式锚杆在不同荷载、锚杆直径、围岩级别和锚杆长度等条件下锚固体应力分布情况和应力变化规律。分析拉力型锚杆受力有效长度,并对硬性锚杆受力有效长度的影响因素进行了探讨,为正确利用拉拔试验来检验锚杆安装质量和评估锚杆锚固能力提供依据。     

岩质边坡锚固界面剪应力分布的模拟试验研究

为研究岩质边坡锚固界面的剪切作用,采用相似材料制作拉拔试件,借助多功能力学试验机和静态电阻应变仪,进行了不同锚固长度试件的静态拉拔试验,分析了拉拔荷载作用下锚杆-砂浆和砂浆-岩体两锚固界面上的剪应力分布规律。结果表明:相似材料的物理力学性质能够较好地反映出原型材料的特性,利用岩体、水泥砂浆和锚杆的相似材料制作拉拔试件进行锚固相似模型试验是可行的;不同循环荷载作用下,拉拔试件中的锚杆与锚固体上的轴力随着锚固长度的增加,呈现出指数规律衰减,且体现出了锚杆加固岩土体时具有有效锚固长度的特征;锚杆-砂浆和砂浆-岩体两锚固界面上的剪应力分布不均,沿锚固长度呈现为先增大后减小的单峰值曲线变化规律,从锚杆端部至剪应力峰值点,剪应力值迅速增大,其作用范围较小,但峰值点后剪应力值平缓下降,作用范围相对较大,并且随着拉拔荷载的增大,剪应力峰值逐渐向锚固深部转移;不同锚固长度拉拔试件的锚固失效均发生在砂浆-岩体界面上,同时锚固体界面上经历3个阶段,即弹性变形阶段、塑性变形阶段和脱黏滑移阶段。首次借助相似模型试验获得了岩质边坡锚固界面剪应力分布,揭示了锚固机理,不仅对相关试验,而且对边坡锚固的设计施工具有重要参考价值。     

重载交通下锚拉悬臂式挡土墙受力特性研究

为研究重载交通下锚拉悬臂式挡土墙的力学响应规律,按照几何相似原则和车轮荷载当量圆换算关系,设计了模型试验,监测并分析了不同等级载荷下锚杆轴力、空间土压力、挡土墙侧向位移的分布特征。研究结果表明:锚拉悬臂式挡土墙在顶部车轮荷载作用下,锚杆轴力及锚杆上部沿轴向竖向土压力在锚固段中间位置荷载集中效应显著;锚杆上部竖向土压力较锚杆两侧及锚杆底部偏大;挡土墙侧向土压力的竖向分布及横向分布都在锚固端位置出现集中现象;挡土墙的侧向位移曲线在锚杆作用位置处出现明显拐点,卸载后,挡土墙的侧向位移回弹量较小。该结论的得出对锚拉悬臂式挡土墙的设计与施工具有一定的参考价值。     

锚杆竖向抗拔数值模拟分析

运用FLAC3D对竖向锚杆在不同上拔力作用下锚杆不同位置的轴力、位移以及锚固体系各个界面上的剪应力及其分布规律进行了系统的数值模拟研究。计算结果表明:当上拔力较小时,锚杆端头的轴力最大,向锚杆里端轴力呈减小趋势。锚杆-砂浆界面和砂浆-岩土体界面的剪应力在端部最大,且向里端呈减小趋势。随着上拔力的增大,锚杆轴力也随之增大,但最大值仍然出现在端部,且接近最大值的锚杆轴力区间沿着锚杆向里拓展。锚杆端部界面的剪应力减小,最大值向里端转移,呈中间大、两端小的分布状态;随着上拔力的增大,砂浆周围土体所受剪应力逐渐增大,且剪应力作用范围也逐渐扩大至远离砂浆的区域。     

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。     

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.     

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。     

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。     

桩底嵌岩锚杆锚固段应力分布研究

针对基桩竖向承载力自锚法测试体系中桩底嵌岩压力型锚杆的受力特点,基于Kelvin问题的弹性位移解,并结合锚固体-岩石作用的剪胀机理,推导了压力型锚杆应力分布的弹性解.基于所获得的解答,分析了桩底嵌岩锚杆锚固段应力沿锚固长度的分布规律,并分析了各种岩土参数变化对锚固段剪应力分布的影响.结果表明:桩底嵌岩锚杆锚固段上的正应...     

压力型锚索锚固段剪应力数学解

针对压力型锚索,考虑钻孔注浆的挤压效应和锚索锚固段与岩土体接触面的黏聚力对锚固段的剪应力和轴力的影响,引入强度折减系数,对接触面黏聚力和摩擦角进行强度折减;通过理论分析及数学推导,得到压力型锚索锚固段的剪应力和轴力分布的数学表达式,并与学者尤春安提出的公式进行对比分析。结果表明:引入强度折减系数以后,所得到的剪应力值较大,轴力值较小,预应力损失值增快。因此,在实际设计中要合理地考虑锚固段的长度,使剪应力、轴力的存在长度能够完全在锚固段以内。     

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。     

边坡复合锚固支护技术模型试验研究

岩土工程中边坡锚固技术一直以来是学者们研究的热点问题。目前,由于注浆技术的限制,边坡锚固技术中依然主要采用的是俯斜式锚杆群锚的方式。该类锚固形式中锚杆与滑面近于正交,不能充分发挥锚杆的抗拉拔性能。鉴于此不足,文中提出了一类新型复合边坡锚固支护技术,并基于该复合锚固技术进行了室内模型试验。试验结果表明,运用新型复合锚杆支护后的边坡在初始变形时,承受荷载的能力比传统锚杆提高了约34%,达到破坏时其承载能力比传统锚杆支护的边坡提高了约2倍。同时,传统锚固形式边坡破坏变形量较大,位移随荷载的陡增现象不明显,边坡呈现的是柔性破坏;相反,采用复合锚固形式的边坡破坏变形量较小,位移随荷载陡增现象明显,边坡破坏更趋近于脆性破坏。     

斜坡段桥梁基桩竖向承载特性模型试验研究

以某实际工程桩为原型,考虑坡度和桩长的影响,根据相似理论设计并完成了竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩室内模型试验,获得了不同坡度及不同桩长下基桩的荷载-位移曲线、桩身轴力与桩侧摩阻力沿深度的分布规律以及基桩极限承载力,据此通过非线性拟合,建立了斜坡桥梁基桩竖向承载折减系数与桩长及坡度直接的关系式。试验研究表明:竖向荷载相同时,桩顶沉降与水平位移均随坡度及桩长的增加而增大,基桩的荷载-位移曲线均无明显拐点,并呈现出因变形过大导致基桩屈曲失稳的破坏模式;斜坡效应对基桩竖向承载的影响约限于8倍桩径深度范围内;与平地桩相比,斜坡桩的桩侧摩阻力更易达到极限值,实际工程设计时应对其进行适当折减;边坡坡度越大、自由段越长,基桩竖向承载力越小。     

考虑土层剪切模量径向变化的锚杆受力变形特性分析

考虑锚杆周边土层由于注浆等因素导致的剪切模量提高,假定土体剪切模量沿锚杆径向存在不同形式的大小变化,采用一次跌落软化的锚土界面模型,基于剪切位移法推导锚固段周边土体处于弹、塑性阶段时锚杆位移、轴力、剪应力解析式,提出了考虑土层剪切模量径向变化影响的锚杆受力变形特性理论,并通过算例进行了分析比较。结果表明,土体剪切模量的提高对于锚杆承载力影响不大,但可以减少锚头的拉拔位移,在计算中应给予合理考虑,可更加真实地反映锚杆荷载传递过程。     

GFRP锚杆与常规锚杆在隧道支护中的承载力对比试验

目前隧道内采用的常规锚杆均不能满足隧道设计寿命的要求,尤其在腐蚀性环境中更大大缩短了常规锚杆的使用年限,降低了支护效果,而GFRP锚杆强度高、耐腐蚀等性能均弥补了常规锚杆的不足。为研究其在隧道支护体系中的承载力性能,结合具体工程在现场Ⅳ、Ⅴ级围岩开展了拉拔力作用下GFRP锚杆和常规锚杆的受力特性对比研究。结果表明:GFRP锚杆在拉拔力作用下其杆体受力远远小于其抗拉强度极限,且外荷载对GFRP锚杆的影响深度小于其对常规锚杆的影响深度,验证了GFRP锚杆用于隧道支护体系的工程可行性。但锚固材料和锚固质量对GFRP锚杆杆体受力影响较大,为确保GFRP锚杆的实际应用效果,现场应用时应选择恰当的锚固材料并保证锚固质量。     

竖向荷载下超长群桩承载性状的模型试验研究

针对目前超长群桩尚缺乏深入研究的现状,设计并完成了一组软土地基中超长群桩室内模型试验。通过对超长群桩室内模型试验测试结果的分析,研究了竖向荷载下超长群桩的荷载传递机制和承载性状,得到了竖向荷载超长群桩的荷载一沉降曲线,桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布规律。研究表明,随着桩顶荷载的增加,软土地基中超长群桩的Q—S曲线呈缓变型,未出现显著的转折点或陡降;桩身轴力沿深度逐渐递减,各级桩顶荷载作用下角桩桩身轴力略大于边桩;在整个桩长范围内,角桩的桩侧摩阻力稍大于边桩,两者分别出现了两个峰值,峰值点所在深度基本相同;群桩中角桩、边桩桩端阻力占桩顶轴力的百分比随桩顶荷载的增加均呈现先减小后缓慢增大再达到基本稳定的分布趋势。     

考虑水平作用力的沥青路面剪切破坏分析

通过有限元法分析了路面结构在垂直荷载作用下和垂直、水平荷载共同作用下的面层剪应力分布规律。结果表明,横向力分布系数影响剪应力随深度的分布规律;最大剪应力随横向力系数的增大而增大,两者呈线性关系;考虑水平力作用时,沥青面层的剪应力增大且峰值上移,易造成沥青路面发生车辙、推移、拥抱破坏,有必要将水平作用力纳入结构设计指标体系。