拼装式锚杆（索）框架现场试验研究

现有的锚杆(索)框架都是现浇施工,其支模、浇注、养护等花费的时间较长,不利于高边坡和滑坡地质灾害的抢险与快速治理。根据锚杆(索)框架的受力特点,从减轻预制混凝土梁的重量、方便现场拼装施工的角度考虑,提出了单向变截面和双向变截面预制混凝土拼装式框架结构,并对各种拼装式框架结构进行了现场张拉加载试验。结果表明:单向变截面拼装框架结构(Ⅰ型)适用于单孔锚索拉力600～800 kN且吊机可以到达的边坡治理,双向变截面拼装框架结构(Ⅱ型)适用于单孔锚索拉力300～500 kN而需人工扛抬构件的边坡治理。     

快速拉格朗日法在锚杆拉拔数值模拟试验方面的运用

为研究主要影响锚杆锚固力的因素、锚杆在拉拔过程中整体失稳的规律等,采用三维显式有限差分法,建立锚杆拉拔数值仿真模型,进行计算机模拟。结果表明:数值模拟计算的结果和现场试验得到的结果基本吻合,表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的;锚杆的拔出过程是逐渐滑移到突然整体失稳的过程;锚杆的锚固效应随着锚固剂与锚杆间的摩擦角、粘结力和浆体有效围压的增加而增强;锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变,在拉拔初始时,自由端锚固剂处的剪切应力为最大,锚固端处的剪切应力为最小且接近为零,随着锚杆拉拔过程的进行,自由端处锚固剂与锚杆的界面首先达到屈服点,使自由端处锚固剂与锚杆之间产生滑移现象,而后锚固剂所受的剪切应力慢慢呈现均匀分布,并达到最大值(在锚固剂与锚杆的界面上达到屈服),锚杆出现整体失稳;在锚杆的拉拔过程中,锚杆自由端处的变形量最大,从自由端至锚固端,锚杆的变形量逐渐减小;锚固剂的变形规律与锚杆的变形规律相同。     

锚杆框架梁-双排抗滑桩支护膨胀土边坡工作特性分析

以某膨胀土路堑边坡支护结构为工程背景,对埋设于锚杆、框架梁和抗滑桩中的测试元件进行现场监测,通过对实测结果与数值模拟结果的综合分析,探讨锚杆框架梁-双排抗滑桩结构支护膨胀土边坡的工作特性结果表明:上排埋入式桩的桩前、桩后土压力均为三角形分布,下排悬臂式桩的桩前土压力接近矩形分布,桩后为三角形分布。本试验工程的最优锚固角为25°,但锚固角变化对边坡稳定性影响不大;当桩排距较小时,边坡安全系数随桩排距的增加而逐渐增大,最优桩排距为8倍抗滑桩截面宽度。     

填方边坡变截面桩板墙桩身内力及变形数值分析

以变截面桩板墙加固某山区填方边坡为工程背景,对支护结构的水平位移、竖直位移进行了现场监测。结合工程实际建立有限元模型,通过对实测位移结果和数值模拟位移结果的对比分析,验证模型的正确性,根据数值模拟结果,分析变截面桩板墙桩身内力及变形规律。研究结果表明:桩身弯矩从桩顶处先递增后递减,变截面处突变,距桩顶13 m处最大;桩身剪力从桩顶处先递增后递减,在13 m处为0,13 m以下反向先递增后递减,在10 m处剪力最大;桩身水平位移随距桩底距离增加而增加,变截面处较小,桩顶处最大。针对其受力变形特性,提出在桩顶与截面变化处设置连系梁,变截面处设置过渡段、控制土体压实度等变形控制措施,为后续工程设计提供参考。     

爆破荷载下岩质直立边坡预应力锚板墙动力响应机理

以重庆沙坪坝铁路枢纽综合改造工程开挖形成的岩质直立边坡为原型,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,分析预应力锚板墙边坡支护结构在不同开挖位置的爆破荷载作用下的动力响应特性。在此基础上,讨论锚杆预应力大小、爆破峰值荷载和锚固段长度几种参数对于支护结构受力状态和结构变形的影响。计算结果表明:爆破作用下锚杆轴力增量分布与静力作用下相似,并且锚杆轴力增量和板墙位移都在边坡中部达到最大,而上下位置较小。对比锚杆轴力增量和板墙水平位移增量的数值模拟和理论计算结果,验证了板—锚结构之间存在的变形协调现象。通过各种影响因素的计算结果分析得到了岩质边坡预应力锚板墙支护在爆破作用下的动力变化规律。     

锚杆对称分布形式对边坡稳定性影响分析

通过数值模拟,利用双弹簧锚杆单元,采用强度折减法进行边坡稳定性分析,研究锚杆的对称布置形式对边坡安全系数及滑动面位置的影响。结果表明:在其他锚杆加固了整个滑坡体形成钢筋土复合结构的同时,穿过滑动面的锚杆长度对边坡的安全系数影响较大;锚杆中间短两边长型布置比中间长两边短型布置锚固效果好;锚杆穿过滑动面的数量对边坡的安全系数有较大影响;锚杆穿过滑动面锚固到稳定土体中的锚固长度存在最优长度,超过此长度后增加锚杆长度效果减弱;使用锚杆对边坡进行加固时,应适当增加中下部锚杆长度,使其穿过滑动面,提高边坡安全系数。     

山区高速铁路路基陡边坡绿色防护试验研究

研究目的:在铁路工程建设中,对于陡路基边坡,如坡率陡于1∶1的,难以有较好的绿色防护形式。针对山区高速铁路路基陡边坡的绿色防护难题,设计了预加固桩前框架锚杆内基材植生(生态袋)和复合式锚索墙基材植生(生态袋)两种新型的路基边坡支护结构,并开展了现场的原位试验研究,验证其适用性。研究结论:(1)预加固桩前框架锚杆内基材植生边坡深层变形从桩顶部向下逐渐减小,桩顶最大变形小于35 mm;(2)桩前框架锚杆受力约为设计值的1/5～1/7,预加固桩的土拱效应明显,大大减小了桩前框架锚杆受力;(3)复合锚索墙锚索锚固力约为设计值的1/2,锚索墙后深层位移小于35 mm;(4)两种新型路基边坡结构都是稳定的,路基边坡改进的厚层基材(生态袋)绿色生态防护效果好,植物成活率超过90%,植物覆盖率大于85%,实现了坡率1∶0.5陡路基边坡的全坡面绿色防护;(5)本研究成果可为路基陡边坡绿化防护提供参考。     

锚杆轴力分布与软弱岩体中隧道塑性区的关系

通过现场试验和数值模拟，分析了全长锚固型岩石锚杆轴力分布形态和软弱岩体中隧道塑性区大小之间的关系，结果表明除了围岩中存在明显的不连续面之外，二者之间没有明确关系，根据围岩位移分布能够粗略估计塑性区大小，但需采用点数多，精度高的多点位移计，并综合考虑隧道收敛和锚杆轴力。     

预应力锚杆柔性支护体系中锚杆的变形

锚杆的总变形主要由锚杆自由段的弹性变形、锚固体的弹性变形、锚固体与土体间的切向位移、锚杆钢筋与锚固体之间的切向位移组成。引入锚杆预应力损失剩余系数的概念,推导出锚杆变形的计算公式;进一步依据基坑或边坡坡面水平位移与锚杆变形协调的原则,给出锚杆预应力的确定方法。工程算例分析表明:在锚杆变形中,锚杆自由段的弹性变形量最大;从上至下锚杆的预应力逐渐变大,锚杆允许变形越小所需的预应力越大;锚杆变形随着锚杆预应力、锚杆锚固段长度、土体界面摩阻力的增加而减小,随着锚杆自由段长度的增加而增加,但不受锚固体直径的影响。建议在实际工程中:根据不同的土质情况,通过调整预应力的大小控制锚杆变形;综合考虑承载力、稳定性和变形控制的要求,合理确定锚杆自由段和锚固段的长度;锚杆锚固体的直径取130~150mm。     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

基于弹性波反射原理的锚杆(索)无损检测试验研究

通过分析国内外应力波无损检测技术的相关理论和工程应用实例,采用基于弹性波反射原理的无损检测技术对不同类型锚杆(索)进行了理想模型试验和现场原型检测,并详细记录施工资料与锚固体无损检测数据。随机抽取实际工程样本进行检测,通过剖面查验等方法对其检测结果进行对比、校正。试验结果表明:基于弹性波反射原理的锚杆(索)无损检测技术能快速有效地检测锚杆、钢锚管及锚索的锚固段、自由段长度、缺陷出现的位置和注浆饱和度。锚索施加应力后,锚索自由端长度和锚固端长度的检测信号明显减弱,须通过进一步试验来确定。     

十字型叠合承压板的数值分析与应用研究

研究目的:拟采用锚固防护的边坡失稳很大程度是由于锚固不及时造成的,而目前锚固工程中的承压结构多为现浇而成,这样不可避免地拖延了防护加固时间。为避免边坡因此而失稳,特对十字型叠合承压板进行研究。研究方法:通过理论分析和三维数值模拟,研究其内部应力状况和附加应力分布规律,用以指导和完善承压结构设计;结合现场试验,验证工程的可行性和有效性。研究结果:十字型叠合承压板模拟的边界条件简单,模型应力状况和附加应力分布规律清晰、直观,便于指导合理配筋及结构设计;现场试验表明结构设计合理,强度满足要求,在附加应力影响范围内,板体没有发生破坏,可及时发挥锚固作用。研究结论:十字型叠合承压板是锚固工程中一种新型承压结构,它具有便于预制、方便运输、安装简便、工期较短和造价低廉等优点,具有应用和推广价值。     

拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为研究

为解决浅埋偏压隧道开挖施工过程中极易出现地表、拱顶沉降过大等问题，依托南宁至崇左铁路NCZQ1标笔架岭一号隧道和黄牛岭一号隧道，利用MIDAS/GTS NX有限元软件对拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为进行研究。通过对隧道关键节点进行位移分析，发现明显非对称变形现象：埋深较大的左侧拱肩、拱脚和边坡坡底相较于右侧相同位置位移偏大19.57%、8.82%和23.39%;应力方面，从设置、不设置边坡锚杆两个工况对1D(锚杆)、2D(喷混结构)、3D(围岩)单元进行应力分析，以证明设置边坡锚杆的必要性；数值模拟结果显示临时边坡陡峭处和护拱两侧上方土体有较大塑性应变区，施工过程需重点关注。     

装配式预应力锚索框架结构设计与施工关键技术

针对装配式预应力锚索框架结构这种新型边坡加固结构,通过数值仿真、理论推导、现场试验等手段,阐明了装配式锚索框架结构加固边坡的作用机制.与现浇梁相比,预制梁在边坡安全系数、梁体自身挠曲变形、梁体结构受力等方面均有明显提升与改善.考虑装配式框架梁承受水平预应力及拉压双层配筋特点,建立了基于Winkler弹性地基上Timos...     

降雨入渗条件下弃渣场边坡稳定性分析

针对一铁路沿线隧道施工弃渣场,现有相关的资料为基础,采用现场调研、试验研究、理论分析与数值模拟相结合的研究方法,查明了弃渣场的工程地质条件、变形破坏特征与边坡防护情况,并基于边坡地质模型分析了该弃渣场在降雨条件下的边坡稳定性。建议对该弃渣场未防护坡面采用浆砌石框架植被护坡措施进行防护。     

弹性状态下锚杆位移变形分析

将锚杆拉拔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。分析锚杆自由段长度、锚固段长度、锚杆体截面积、浆体强度、锚杆孔径及土层剪切模量与锚杆弹性模量的比值等因素对锚杆位移的影响。在此基础上,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,建立锚杆荷载与位移之间的关系式。     

高地应力隧道蚀变花岗岩地层围岩大变形特征及控制措施

藏噶隧道穿越高地应力节理化蚀变花岗岩地层,施工时围岩变形呈现出变形量值大、变形速率快、水平收敛大于竖向沉降、持续时间长等特征。采用数值模拟方法对施工初期提出的原支护设计方案进行分析,验证所建立模型及其参数的合理性。通过数值模拟与现场试验,提出以调整边墙曲率、长短锚杆结合、双层初期支护为主的防抗结合的围岩变形综合控制措施。数值模拟结果表明:采用综合控制措施后,围岩变形量值得到控制,围岩变形速率明显降低,拱墙围岩塑性区较小,初期支护结构安全系数满足要求,能够保证围岩和支护结构稳定。现场试验段应用综合控制措施后,围岩变形的量值、速率及持续时间均得以控制,围岩变形收敛速度较快,施工效果良好,施工效率得到较大提高。     

某高速公路多级边坡稳定性分析

以某高速公路多级边坡为例,分析多级边坡稳定性问题。采用工程物探与数值模拟相结合的方法进行分析,利用地质雷达物探手段得到边坡内部岩体破碎程度,通过物探结果结合数值反演分析得到边坡极限平衡法计算参数,由数值模拟方法计算边坡的稳定性与地质雷达物探结果进行对比。分析结果表明:根据地质雷达探测结果,四、五、六级台阶的破碎岩体范围不小于15 m埋深,根据数值反演分析可知边坡二级及其以上台阶稳定性较差,数值模拟与物探结果相符;采用25 mm的螺纹钢筋锚杆进行边坡支护可以较好地约束坡体的塑性应变和位移。     

软岩隧道支护结构优化研究

为控制软岩变形,确保施工安全,结合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工过程中多次出现的大变形情况,提出"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"的支护方案,并与原方案及"弱化锚杆"的支护方案进行对比研究。通过数值模拟对不同支护方案下位移变形量、锚杆受力情况、塑性区的发展情况、喷射混凝土的应力以及二衬结构的受力情况进行分析;同时现场选取3组试验段,对3种不同支护方案下的围岩变形及围岩压力情况实施现场监控量测。数值模拟结果和现场监测结果表明:弱化锚杆的措施对支护体系的整体支护效果影响不大,而且能节省工序和降低工程成本;增强初期支护的刚度与强度能有效地控制围岩大变形。提出的"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"支护方案是可行的,可为沿线同类隧道支护优化提供参考。     

基于有限差分法的锚杆荷载传递非线性计算方法研究

为研究拉力型锚杆锚固段荷载传递非线性特性,假定剪应力与剪切位移呈双曲线非线性关系,推导锚杆锚固段荷载传递非线性微分方程,并采用有限差分法进行求解。根据某现场抗浮锚杆试验,确定计算参数,分析轴力沿锚杆的分布规律及影响锚杆荷载传递的因素,并将本文计算值与实测值进行对比。研究结果表明:锚杆轴力与剪应力沿锚固长度均呈非线性分布,轴力分布表现为一条凹递减曲线,而剪应力则集中分布于张拉端;锚固界面综合刚度系数K的取值对轴力与剪应力分布有着重要影响,剪应力与锚杆轴力均随K值增大而增大,而K值愈大,剪应力则愈集中地分布于锚杆张拉端;增大锚固体直径使剪应力分布更加均匀,并有效地提高锚杆的极限承载力。计算结果吻合良好,表明该计算方法切实可行。