基坑工程中注浆钢锚管抗拉性能的现场试验研究

注浆钢锚管目前已经广泛应用于边坡工程中,在受力设计计算上主要将其当作全长粘结锚杆,其真正的剪应力分布与破坏模式还有待验证。为了揭示基坑工程中注浆钢锚管的受力特性,进行了钢锚管的现场注浆试验与锚管拉拔力测试试验。采用自制的注浆体剪应变测试砖,对钢锚管注浆体剪应力进行测试,通过测试结果揭示了其剪应力分布特征为:峰值提高→出现峰值段→峰值段后移。由于场地地质条件较好,试验最终结果均为钢管首先出现破坏。     

软弱围岩浅埋隧道全长黏结砂浆与水泥基药卷锚杆的锚固效果对比研究

铁路隧道锚杆主要有2种锚固方式:全长黏结砂浆和水泥基药卷,前者施工质量较好,可加固杆体周围岩体,后者施工简便,能快速发挥作用,在现有施工工艺的前提下,为了比较全长砂浆与水泥基药卷这2种锚固剂在浅埋软弱破碎围岩中的锚固效果,以郑万高铁许良隧道为依托工程,采用现场试验的方法对全长砂浆锚杆与水泥基药卷锚杆的锚固效果问题进行研究,选取Ⅴ级围岩段分别设置全长砂浆锚杆段50m与水泥基药卷锚杆段50m进行对比试验,且改善了全长砂浆锚杆注浆工艺,使其注浆密实度达到90%。对比试验的项目有:锚杆轴力、初支钢架应力、喷混凝土应力、水平收敛和拱顶沉降。现场实测结果表明:全长砂浆段的拱顶沉降和净空收敛在边墙锚杆施做后得到了更好的控制,得益于注浆工艺的先进性及后期强度的迅速提高,全长砂浆锚杆受力较大,且使喷射混凝土和钢架受力较均匀。相比之下,水泥基药卷段的围岩变形持续发展,受限于锚固质量及后期强度的不足,水泥基药卷锚杆受力较小,导致喷射混凝土和钢架承担较大部分的围岩压力,且不均匀。结论:在当前施工工艺和地质条件下全长黏结砂浆锚杆锚固效果较好。     

张拉荷载作用下全长粘结式锚杆工作机理研究

从杆体、灌浆体、岩体三者粘结机理和力学行为方面对全长粘结锚杆在张拉荷载作用下的工作机理加以探讨。分析了杆体与灌浆体间粘结力沿长度变化的规律及其原因;论述了灌浆体与孔壁岩体间粘结力与二者弹性模量之比的关系;并提出以杆体、灌浆体、岩体三者的协调性来分析和评价锚杆的工作状况。最后,对锚杆设计和施工提出几点建议。     

端头自锚型锚索自锚器结构研制及应力分析

端头自锚型锚索的作用机理是在张拉段设置自锚器,将锚固段和张拉段有效隔离,通过约束锚筋材料不同方向的变形,将全部或部分锚固荷载转化为锚筋注浆体与岩土层之间的黏聚力。这种锚索将传统预应力锚索的"锚固荷载等于外锚头锁定荷载"的受力模式改为"锚固荷载等于自锚荷载与外锚头锁定荷载之和"。本文介绍了基于锚筋体材料等强度条件下自锚器的结构设计,并对采用45Mn2钢制作的自锚器进行了应力分析与试验研究。结果表明:在预应力锚索极限荷载作用下,自锚器平均应力为731. 97 MPa,最大应力为1 441. 5 MPa;限位荷载为40 kN/孔,自锚荷载能达到钢绞线屈服强度442. 68 kN。所研制的锚器具备可重复张拉、锚固荷载完全自锚的优点。     

郑州黄河大桥斜拉桥索塔锚固区静力试验研究

郑州黄河公铁两用桥主桥全长1 684.35 m,是一座六塔连续钢桁结合梁斜拉桥。斜拉索的锚固形式采用钢锚箱式。通过有限元分析与1∶1.5的缩尺模型试验相结合的方式,研究该斜拉桥索塔锚固区的应力分布、应力大小等情况。通过多节段模型分析确定模型试验所截取的范围,介绍模型设计和加载方式,讨论边界条件对模型试验的影响,表明钢锚箱在设计索力作用下钢锚箱及索塔受力处于弹性状态。     

采用压浆及锚杆整治高挡墙病害

南昆线高挡墙路基出现挡墙开裂外挤病害，首先采用钻孔压浆加固处理，提高挡墙的强度，然后采用自钻式锚杆对挡墙外侧进行梁锚支护，以防止挡墙受力外挤的施工技术，取得了良好效果。     

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。     

锚注联合支护效果的数值模拟研究

研究目的:采用数值计算的方法从控制隧道变形、塑性区扩展,提高锚杆锚固力,减少初期支护受力等方面对锚注支护与常规喷锚支护的支护效果进行对比研究.研究结论:以具体工程为例,采用数值计算的方法对破碎软弱围岩条件下锚注支护与常规喷锚支护的支护效果进行了系统分析和对比研究.研究表明:对松散、破碎围岩而言,锚注联合支护通过提高围岩强度、锚杆锚固力,从而提高围岩自承能力及支护结构作用在洞室周边的径向压力,与常规喷锚支护相比可有效限制围岩变形,抑制塑性区的发展,提高锚杆锚固力,减少钢拱架及喷射混凝土层的受力,提高初期支护稳定性,特别适宜于破碎软弱围岩的支护.     

高性能注浆体与岩锚结合面粘结性能的试验研究

当前岩锚体系中使用的普通水泥注浆料存在粘结强度较低、耐久性较差等问题,导致岩锚体系地下工程量大、耐久性不足。RPC及DSP具有高抗压强度、高耐久性及高韧性等优良性能可能成为岩锚体系中普通水泥注浆料的替代品。基于现场拉拔试验,研究不同粘结长度下RPC、DSP与灰岩及精轧螺纹钢筋间的粘结性能,得到结合面间粘结强度及锚固体系破坏形式。结果表明:RPC、DSP与精轧螺纹钢间粘结强度为23.3~31.4 MPa,试验中发生螺纹钢筋与注浆体间界面破坏,此时注浆体与灰岩间相应的粘结强度为7.1~8.27 MPa,仍远大于普通水泥浆与岩石间0.1~3MPa的粘结强度。基于室内推出试验,对RPC、DSP及普通水泥浆与花岗岩间粘结性能进行对比研究,研究不同粘结长度下,RPC、DSP、普通水泥浆与花岗岩间的粘结性能,得到结合面间粘结强度及荷载-滑移曲线。结果表明:RPC、DSP、普通水泥浆与花岗岩间粘结强度分别为11.50 MPa、9.39 MPa和2.57 MPa。     

石质铁路隧道初期支护优化研究

以蒙华铁路九岭山隧道为工程背景,运用强度折减法计算围岩强度储备并将其作为围岩稳定性的参考指标。依据现场监测,得到初期支护的受力特征。基于围岩强度储备指标与初期支护的受力特征,对初期支护进行优化设计,并应用于现场。研究结果表明:在围岩具有足够强度储备的前提下,初期支护主要承受形变压力;系统锚杆未发挥作用,喷射混凝土抗压性能未被充分利用,格栅钢架钢筋难以发挥其抗拉和抗弯性能;可将现有初期支护"喷射混凝土+格栅钢架+系统锚杆"的结构形式优化为"喷射混凝土+格栅钢架"。对原有设计和优化方案进行数值模拟,对比其锚杆轴力与喷射混凝土应力分布,同时应用现场试验验证该优化方案的安全性与可行性。该优化方案已在蒙华铁路应用推广。     

柔性基坑支护体系的局限性与应对措施研究

研究目的:本文以重庆市土岩组合地层中某地铁车站深基坑工程变形控制为例,对基坑变形原因进行分析,提出变形控制措施,进一步通过计算分析,得出基坑桩锚柔性支护体系在控制基坑大变形时的缺点,并明确桩锚撑组合支护体系的优势。研究结论:(1)基坑变形过大的原因可分为内因与外因两大类,其中地层软弱分界面倾向基坑侧、降雨导致分界面地层强度参数降低以及锚杆柔性支护体系控制变形能力较弱是基坑变形超限的内因,施工爆破、地表塔吊超载是基坑变形超限的外因;(2)基坑失稳在很大程度上取决于变形超限,而非围护结构强度破坏,实际工程中应加强变形监测与动态反馈;(3)桩锚体系下,锚杆作为一种柔性支撑结构对控制变形的继续发展作用有限,桩锚撑组合支护体系可有效地将原锚杆承担的荷载转移至内支撑,从而减小锚杆的拉力与变形,达到控制基坑稳定的目的;(4)该研究结论可为类似工程提供理论支撑与应用参考。     

隧道锚喷支护体系拉拔性能及破坏形态试验研究

利用自行设计的多功能锚杆受力测试系统,开展不同形式托盘与不同强度素混凝土喷层组合工况下的锚杆轴心拉拔试验,研究托盘和喷层耦合作用下的杆体应力应变规律及喷层裂纹扩散形态。试验结果表明:锚杆伸长量-拉拔力关系曲线大致可分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段3个阶段;喷层混凝土强度对线性弹性阶段的锚杆刚度有显著影响,锚杆刚度随喷层混凝土强度增大而增大;喷层素混凝土强度采用C20时,蝶形托盘和新型托盘条件下锚杆的屈服平台宽度达到最大,分别达到50,47 mm,表现出让压功能;采用平板托盘和蝶形托盘时复喷层裂纹沿钻孔中心呈网状辐射,采用新型托盘时复喷层上裂纹贯通于一个方向。     

岩体边坡锚注加固模拟试验研究

通过对层状岩石边坡锚注加固模拟剪切试验的研究,对比分析各种结构节理剪切力—剪切位移全程曲线的特点;阐述节理剪切破坏各个阶段的细观过程及不同节理的抗剪切强度和抗剪切刚度的特征。研究表明:锚注加固节理面抗剪切强度并不等于锚杆和胶结面抗剪切强度之和,其强度同步发挥的程度与锚杆钢筋的取材及钢筋配筋率有关;边坡锚注加固后,节理由原来的摩擦型节理和加锚柔性节理变为锚注刚性节理,由于节理的变形减小,可以有效地控制边坡的位移量;锚注节理的抗剪切强度随锚杆与节理面夹角的增大而减小,两者呈反比关系;当剪切力方向与锚杆倾向相同且在锚杆与锚注节理面夹角从90°到30°的变化过程中,锚注节理的抗剪切强度逐渐增大,表现为节理面的C值和φ值逐渐增大。     

压力型锚索锚固段应力分布规律及锚固段设计

根据Mindlin问题的位移解和弹性力学理论,基于变形协调假定,导出了压力型锚索锚固段粘结应力和轴力分布弹性理论解.采用岩质边坡条件下的参数,对锚固段应力分布进行了计算,总结了软岩条件下锚固段应力分布特征,并具体分析了锚固体半径对应力分布的影响,提出在设计中可以利用应力分布弹性理论解计算得到的应力分布曲线和应力峰值进行锚固段设计的思路,为压力型锚索的设计计算提供了一种参考依据.     

单线铁路隧道施工量测信息分析与初期支护优化研究

以蒙(西)华(中)铁路连云山隧道为依托,通过现场量测发现锚杆性能未被充分利用,喷射混凝土最大压应力值仅为极限抗压强度的12. 9%,格栅钢架最大拉应力值仅为极限抗拉强度的14. 9%。通过强度折减法计算,Ⅲ级和Ⅳ级围岩的安全系数分别为3. 92,2. 78,能够保证隧道自稳,可对初期支护进行优化,并提出了"取消系统锚杆+增加结构强度"方案。经数值模拟该优化方案在理论上可行。通过现场试验验证,该优化方案喷射混凝土应力、锚杆轴力与原支护方案处于同一量级,优化设计合理。     

自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

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。     

隧道式锚碇与上覆隧道相互作用的力学性能研究

采用三维显式有限差分程序(FLAC3D),对南溪长江大桥泸州岸隧道式锚碇及上覆公路隧道各施工过程进行数值模拟,研究不同工序下各施工阶段支护结构的内力响应以及围岩体的应力场与位移场分布规律等力学行为.结果表明,锚碇与隧道的相互作用影响区域集中在锚室前端及上覆隧道洞口段范围内,且影响程度随两者之间距离的增大迅速减小;在设计主缆荷载作用下,上覆隧道洞口段发生向上位移,但量值相对较小,对隧道受力影响不大;复合锚碇体系的力学响应主要集中在锚固段始端3.5～4.0 m以及锚塞体与岩体接触面1.5～2.5 m附近区域;施工过程中应对隧道及锚室入口等浅层区域岩体、锚室及锚塞体开挖空间侧墙与拱腰等部位岩体进行加固;从岩体塑性区发展及支护结构受力状况来看,先建锚碇后修隧道的工序更加合理.     

一种斜坡桥梁桩基础自由段桩长确定方法

以斜坡桥梁桩基自由段桩长的确定方法为研究目标,将桩前自由段桩长范围内存在变形趋势的岩土体视为三维楔形受力体,考虑桩前受力体的自重及两侧拉力、受力体底部的极限抗滑力和摩阻力、桩土间接触压应力,推导其滑动力合力计算式,依据受力体的临界稳定状态确定斜坡桥梁桩基自由段桩长,并采用C#开发斜坡桥梁桩基自由段桩长的计算程序。运用该程序对斜坡桩基自由段桩长取值影响因素进行的敏感性分析结果表明:斜坡坡角、桩土接触压应力、内摩擦角对自由段桩长取值的影响较敏感,而桩周岩土体重度对自由段桩长取值的敏感性较小。采用此方法对长昆客运专线部分陡坡桥基自由段桩长设计取值的计算结果表明:当斜坡坡度较缓、地层较为坚硬时,位于其上的桥基内力计算可忽略自由段桩长的影响;当斜坡坡度较陡或斜坡岩土体强度较低时,计算得到的自由段桩长取值相对较大,斜坡桥梁桩基础设计须考虑自由段桩长对桩基内力计算的影响。     

钢箱梁顶推系统中拉锚器的分析方法及局部受力状态

以主跨430 m独柱式双塔双缆空间索面悬索桥顶推施工中拉锚器为研究对象,采用直接建模法建立有限元模型,阐述拉锚器与主梁连接的传力路径,研究拉锚器的局部受力状态并开展参数分析。结果表明,采用直接建模法简化拉锚器局部构件的分析方法具有概念清晰、计算快捷且安全可靠等特点;顶推牵引力在拉锚器各构件钢板间的传递使得拉锚器区域应力状态发生连续改变,各部件的合理尺寸设计是保障受力安全的前提条件。主受力腹板厚度对局部应力影响比较敏感,考虑板材厚度对强度的削弱影响,建议在适当增加主受力腹板厚度基础上增加加劲板的厚度来提高拉锚器的安全储备。