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。     

基于数值模拟的劈裂注浆浆液扩散范围分析

基于离散元程序数值模拟,建立了地层土体劈裂注浆数值计算模型,分析在不同地压、不同注浆压力条件下,土体发生劈裂后浆液在土体裂隙中的扩散范围及注浆孔周边土体中塑性区分布特征。结果表明:随着注浆压力的增大,浆液在土体中的扩散范围逐渐增大;随着地层压力的增大,浆液的扩散逐步受到抑制,其范围逐渐缩小,土体的可注性下降;地层压力对土体中浆液扩散范围的分布形状亦有明显的影响;在注浆压力增大过程中,注浆孔周围土体处于塑性状态的土体单元增加、塑性区范围增大;当注浆压力一定时,注浆孔周围土体塑性区范围随地压增大而减小;地层劈裂注浆过程存在压密效应。     

盾构壁后注浆压力分布计算模型

为了明确盾尾空隙中浆体压力的大小及分布形式.利用宾汉姆流体描述浆液流体性质,推导了浆液注入盾尾空隙后考虑浆液扩散距离和注浆时间相关的浆体压力分布计算模型.该模型通过室内试验获得浆液的塑性粘度和屈服强度值,即可针对具体的工程实例,设置不同的参数(注浆孔数量及布设位置、注浆压力、隧道半径等参数)来计算浆液注入后的浆体压力值...     

不同桩-土界面直剪试验研究

为探讨桩-土界面的摩擦特性,进行了混凝土-土、钢板-土、HDPE-土3组桩-土界面室内的直剪试验,每组试验均施加6个法向应力。结果表明:不同桩-土界面的剪切强度均随垂直压力的增大而增大;在同一法向应力下,三种不同界面的剪应力-位移曲线的初始阶段变化不大,但曲线的后半段随法向应力的增大有明显变化;法向应力较小时,各界面的剪应力变化不大;法向应力较大时,表现出HDPE-土界面的剪切强度最大。     

恒压群孔注浆浆液压力分布理论模型与现场试验

隧道初期支护渗漏水严重威胁隧道全寿命周期运营安全,渗漏水处治过程中隧道拱底破坏、拱顶效果差的不均一性是其根本难题。针对目前隧道渗漏水处治过程中存在的设备浪费、工艺复杂等问题,提出基于多孔注浆的新型群孔注浆工艺,设计能保证一台注浆泵多个注浆孔同时注浆,并满足所有注浆孔孔口压力一致的恒压群孔注浆装置;考虑浆液重力因素影响,分析恒压群孔注浆浆液扩散规律,推导浆液压力变化方程,建立考虑浆液重力的浆液压力分布模型,获得浆液压力分布随隧道截面角度的变化规律;设计隧道初支壁后注浆现场试验,分析实际浆液压力与隧道截面角度的关系,并与理论计算结果进行对比,从隧道初支渗漏水注浆原理、工程特点及治理效果等方面,对其注浆设计提出相关建议。研究结果发现：基于恒压群孔注浆理论设计的群孔注浆装置可极大提高工程效率,治理区域注浆整体均匀;考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验结果基本吻合,恒压群孔注浆浆液压力呈现明显的椭圆形分布,拱底压力为拱顶压力的2.3倍,浆液压力分布随隧道截面角度呈对称分布,未考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验数据差别在-43%~33%不等,因此,注浆设计应充分考虑浆液的重力,研究结果对隧道初支渗漏水注浆理论与工艺有重要的借鉴意义。     

预应力锚索注浆体与岩石黏结界面抗剪强度试验

通过锚固在硬岩和软岩中的岩锚抗拔试验以及注浆体与岩石胶结面的直剪试验,分别得到了注浆体与锚孔孔壁、注浆体与岩石胶结面的黏结强度参数。试验结果表明:在岩石的整体性和均质性较好的情况下,注浆体与岩石之间的黏结强度主要取决于黏结面的粗糙程度;硬岩强度高,抵抗钻头横向冲击的能力强,成型后的锚孔孔壁较为光滑;软岩强度低,抵抗钻头横向冲击的能力弱,成型后的锚孔孔壁较为粗糙,这增强了软岩岩锚的锚固段在注浆体与岩石黏结面上的承载能力,降低了该界面发生脱黏破坏的几率。鉴于锚孔孔壁粗糙度对岩锚承载强度影响较大,建议在以后的锚固工程设计以及预应力锚固规范的修订时对上述现象进行合理的考虑。     

隧道泥质断层多序注浆动态劈裂扩散规律

注浆方法是加固隧道泥质断层的有效手段,为解决多序注浆产生劈裂压力和劈裂路径宽度的计算问题,揭示多序注浆之间的动态影响规律,为注浆设计提供理论指导,采用理论推导和模型试验方法开展研究,旨在推动劈裂注浆工程设计向科学化和可控化发展。泥质断层劈裂注浆工程中,建立合理的土体应变ε-应力p曲线模型是进行注浆设计参数（压力、劈裂路径宽度）计算的基础,注浆具有多序次特点,先序注浆的加固作用使得土体ε-p曲线模型具有动态性,进而导致浆液劈裂扩散模型的动态性。在土体初始压缩的基础上,以先序固结压力p_c和再压缩土体特征压缩模量E'_s1-2为表征参数,提出了适用于后序注浆中被注土体再压缩变形的ε-p曲线模型及其参数求解方法,进而建立了再压缩土体浆液劈裂扩散模型,与采用初始压缩土体浆液劈裂扩散模型相比,所取工况下劈裂路径宽度计算值降低幅度最高可达26.59%,浆液驱动压力计算值提升幅度最高可达269%,证明了考虑先序注浆影响的必要性。开展了"三管四序次"可识别性劈裂注浆模型试验,分别对比第1,2序和第2,3序注浆,后序最大注浆压力提升96.4%和5.45%,平均注浆压力提升104.8%和20.16%。此外,后序注浆劈裂路径宽度相比先序降低了58.2%~69.3%,验证了理论推导结果的正确性,试验还监测了可反映浆液对于被注介质的"加固行为"的土压力变化规律以及浆液劈裂路径的三维分布形态。     

土钉与土体的界面粘结强度分析

该文运用拉拔试验力学模型和模型试验结果对土钉与土体界面粘结强度进行了分析,并根据耒宜高速公路路堑边坡大量的土钉拉拔试验结果,得出界面极限粘结力与试验土钉长度成反比,可为现场土钉长度的确定提供参考。     

拉拔试验确定锚杆界面粘结强度的理论模型

通过现场拉拔试验确定全长粘结锚杆与岩土介质的界面粘结强度时,对界面剪应力沿杆长均匀分布的假定使得计算结果与现场实测误差较大。该文通过理论分析和建模,揭示了拉拔荷载作用下锚杆界面粘结应力沿杆长服从负指数分布的规律,提出了一种确定界面粘结强度的实用方法;并用现场实测数据验证了理论模型的精度,为实际工程中正确确定锚杆的极限拉拔力和合理锚固长度提供了科学依据。     

预应力束断后黏结性能退化试验与模拟研究

针对氯盐环境下后张预应力混凝土（PC）梁端锚区预应力束锈蚀断裂问题,该文采用电化学加速锈蚀试验得到3个端锚区预应力束断裂后的PC构件,开展静力拉拔试验,研究混凝土强度和箍筋直径对断后预应力束黏结性能的影响。结果表明：钢绞线黏结破坏始于拉拔端,并向自由端逐渐发展;提高混凝土强度等级和箍筋直径可提高预应力束与混凝土界面间的黏结性能。采用Abaqus软件对断后预应力束黏结性能进行数值模拟,结果表明：黏结-滑移的数值模拟结果和试验值变化规律一致,吻合度较高;混凝土和预应力束的应力云图表明：混凝土和预应力束的应力沿试件拉拔端向自由端折减,应力传递过程中伴随着应力损失。     

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。     

基于小孔扩张弹塑性理论的注浆起始劈裂压力研究

劈裂注浆技术已在众多岩土工程中成功应用,但劈裂注浆机理不明,起始劈裂注浆压力计算理论远远落后于工程实践的发展。为了揭示黏土注浆过程中起始劈裂注浆的力学机理,假定土体服从各向同性不排水条件,基于球形和柱形扩张弹塑性理论,采用应力转换方法,结合偏微分方程组的定解条件,得到2种小孔扩张问题的数值解,通过简化分析小孔扩张孔壁处土体单元的应力变化规律,建立了球形与柱形扩张弹塑性方程,并结合受拉破坏、剪切破坏以及临界状态极限破坏模型,提出黏土注浆3种起始劈裂压力解析解。解析解与数值解对比结果表明:当土体的超固结比(OCR)为2时,数值解与解析解计算扩孔压力一致,当OCR小于2(或大于2)时解析解计算扩孔压力略高于(或略低于)数值解,验证了不同超固结比下弹塑性解析解的合理性以及实用性。黏土劈裂注浆模型试验与参数分析表明:在黏土劈裂注浆过程中,先后经历土体压密、沿垂直小主应力方向产生起始劈裂以及裂缝扩展3个阶段;随着注浆压力的增大,注浆体周围土体先发生剪切破坏,随后浆液会填充剪切破坏面,再发生拉伸破坏;对比由剪切破坏、拉伸破坏以及临界状态极限破坏控制的球形和柱形扩张起始劈裂压力理论值与模型试验结果,柱形小孔扩张拉伸破坏理论方法和模型试验结果更吻合。     

路基沉陷区注浆处治效果的数值模拟分析

为了研究分析影响注浆抬升地表的因素和这些因素的作用规律,建立数值模拟模型对地表抬升位移进行研究。研究结果表明:地表抬升高度均随着注浆半径、注浆压力的增大而增大;浆泡间距1.50 m,注浆压力1.0 MPa时,注浆半径最适合值为0.05 m;浆泡间距1.50 m,注浆半径为0.05 m时,注浆压力的最适合值为1.0 MPa;对齐排列和梅花形排列时土体抬升高度没有太大区别,然而后者对土体的抬升效果更佳,在条件允许的情况下,注浆时尽量采用梅花形的浆泡布置方式。     

富水砂层预应力锚索施工防塌孔辅助注浆技术

以郑州航空港冀州路基坑支护工程为依托,提出一种富水砂层预应力锚索施工防塌孔辅助注浆方法,采取后退式分段注浆工艺,向砂层中的锚孔影响区注射化学浆液,利用浆液的渗透胶结作用,提升砂层的抗渗性能和稳定性。采用该技术有效解决了富水砂层锚孔施工涌水涌砂问题,提升了锚索施工质量,具有施工快捷、安全环保、成本低等特点。     

锚索注浆拔管控制长度影响因素分析

锚索孔道注浆体作为钢绞线的防腐层，注浆体的质量好坏直接影响锚索的锚固力和耐久性。依托两河口水电站中的边坡工程，采用预应力锚索进行加固，以单孔锚索孔道注浆为研究对象，基于微元体的受力平衡分析，推导出拔管控制长度计算模型，揭示了孔道浆体所受到的压力由孔底沿浆体流动方向逐渐降低的规律；采用的拔管长度控制系数越小，注浆量越大，注浆饱满度越好；通过对拔管控制长度各因素的敏感性分析，得出孔径为注浆管拔出工艺的最敏感因素，孔径要尽可能取大值；浆体密度、注浆压力对拔管控制长度影响敏感度较小，因此，可以通过降低浆液的水灰比     

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。     

围岩侧限对自膨胀锚杆性能影响效应研究

大掺量膨胀剂水泥浆作为锚固体的新型自膨胀高强预压锚固技术可显著提升锚杆抗拔力,为研究该技术在围岩侧限条件下的锚固性能,研发了模拟地应力条件下岩体锚固的装置及方法,并开展了不同围岩侧限等级、不同膨胀剂掺量条件下锚固体膨胀应力实时监测及拉拔试验,分析了膨胀应力演化规律、锚固破坏形态及抗拔力提升机理、锚杆界面力学特性及锚固系统破坏耗能规律。结果表明:①内界面应力存在随时间的损失效应,损失率随掺量呈线性递减的关系;定义了协同应力,指出内界面应力峰值与协同应力峰值存在滞后时差,并从应力传递的角度解释了其力学机制。②拉拔过程中微扩头"卡"在锚孔内并不断上移形成了该锚固体系独特的"荷载平台效应",极大提升了锚固系统的延性及破坏极限耗能值,并绘制了该效应的力学机制图;建立了自膨胀锚杆的极限抗拔力预测模型,指出初始侧限应力值对极限抗拔力呈指数式影响,表明在工程运用中侧限约束强的围岩能大幅提升锚杆极限抗拔力。③引入自膨胀影响系数λ、围岩侧限影响系数k,建立了自膨胀锚固体系的锚杆界面力学公式及能量方程,并结合算例验证了公式的可行性;得出0.7 MPa初始侧限应力条件下,ω=30%的锚固极限抗拔力较普通锚固提升了2.38倍,锚杆峰前位移量提高了1.08倍,锚固系统峰前耗能值提升了6.34倍。     

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。