充气锚杆抗拔承载力特性研究

为了研究特定条件下充气锚杆抗拔界面变形特性及其对承载力的影响,采用三维有限差分软件FLAC 3D建立充气锚杆数值计算模型,在此基础上,改变锚杆充气压力、埋设深度和橡胶膜长度,得到相应的荷载-位移曲线,分析充气锚杆的承载特性与位移变化。研究结果表明:从锚固机理理论分析,锚固段膨胀体可有效提升锚杆抗拔承载力。从数值模型计算分析,改变充气压力、橡胶膜长度和埋设深度均可提高锚杆抗拔承载力,分别较初始条件提高了1.93%、1.66%和13.2%,极限位移变化量分别为0.05 mm、0.17 mm和0.15 mm。改变埋设深度是最有效提高锚杆承载力的方式,增加锚杆气压在有效提高承载力的同时,又可较好的控制位移的变化。

充气锚杆在砂土中的模型试验研究

为探讨充气锚杆的承载特性,通过建立室内试验模型,改变锚杆充气压力大小、埋设深度、土体密度、橡胶膜长度、厚度等条件,进行了一系列的抗拔试验,得到相应的荷载-位移曲线。研究结果表明:在影响充气锚杆抗拔承载力的诸多因素中,充气压力及土体密实度与承载力成一定倍数增长关系,是最显著的影响因素;其次是橡胶膜长度,成显著线性增长关系;充气锚杆的极限位移主要来自橡胶膜的弹塑性变形,反映了充气锚杆在抗拔过程中橡胶膜的力学行为;通过与常用锚杆的对比分析,得出充气锚杆的极限抗拔承载能力约是单锚片螺旋锚的4.3倍,是双锚片螺旋锚的1.9倍,其极限侧阻力约为一般注浆扩大头锚杆的2～4倍。

充气锚杆在软土中的力学特性试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,模型试验有利于了解充气锚杆的变形与承载特性。根据充气压力与膨胀体积关系,分别采用清水与水泥浆作为膨胀介质,分析橡胶膜膨胀体在软土中的变形特性,得到充气锚杆膨胀体近似呈圆柱状。在此基础上通过改变膨胀体径向应变的大小进行一系列抗拔试验,得出充气锚杆极限承载力随膨胀体径向应变的增加而增大,但极限位移也增大。针对充气锚杆单以橡胶膜承担荷载时橡胶膜抗拉强度较小及位移过大的不足,分别设计钢丝加强及灌浆固结两种改进方法,并进行了抗拔试验对比分析,研究结果表明:钢丝加强型充气锚杆将承担在橡胶膜上的荷载转移到钢丝上,提高了充气锚杆极限承载力;灌浆固结型充气锚杆结合了充气锚杆与普通注浆锚杆的优点,显著减小了极限位移。该两种改进方法为充气锚杆的实际应用作了有益的探讨。

充气锚杆在砂土中变形与承载特性试验研究

为研究充气锚杆的变形特性及其对承载力的影响,通过建立室内模型,基于模型压力与体积的关系,测定橡胶膜在加压作用下变形的形状与大小;在此基础上,根据抗拔试验,获得典型荷载-位移曲线,探讨充气锚杆的锚固机理与承载特性。研究结果表明:充气锚杆橡胶膜膨胀体呈圆柱状,可以应用圆孔扩张理论计算充气压力与膨胀体积的关系,预测极限充气压力;充气锚杆在压力作用下形成较大的膨胀体,可获得较大的端阻力;随着充气压力的增加,橡胶膜侧向土体应力转化为第一主应力并达到极限压力,同时对周边的砂土产生压缩挤密作用,提高了砂土的强度,侧阻力提高幅度较大,与一般锚杆相比充气锚杆具有较大的承载能力。

充气锚杆力学性能的非线性有限元分析

采用非线性有限元分析方法,对充气锚杆的室内模型试验进行数值分析。探讨在特定充气压力(100 kPa)、埋设深度(20 cm)、土体密度(1 500 kg/m3)、橡胶膜长度(20 cm)、厚度(2 mm)等条件下充气锚杆的力学性能。在数值模型中对充气锚杆施加不同等级的拉力,并记录不同拉力时锚杆顶端的位移,绘制荷载–位移曲线,并得出不同拉力下的位移、应变云图。这些图形直接清晰地显示出拉力增加过程中,充气锚杆及砂土土体内的位移及应力变化,得到充气锚杆失效的临界状态。确定在3种不同状态时,土体的应力形式及应力分布;并给出锚杆失效时土体的破坏模式。将数值模拟所得到的荷载–位移曲线与室内模型试验所得到的荷载–位移曲线进行对比,得出两者的结果基本一致,说明模拟结果真实可靠。

充气锚杆极限承载力计算方法

为研究充气锚杆极限承载力计算方法,在模型试验基础上,探讨充气锚杆抗拔过程中的受力特征与破坏形式,分析锚杆荷载-位移曲线变化特征。基于圆孔扩张理论,通过简化力学模型,推导充气锚杆侧阻力与端阻力计算公式,将理论公式计算值与试验成果进行比较。研究结果表明:(1)采用球孔扩张理论可以较好地描述膨胀体端部对土体产生的弹性、塑性变形力学机制,估算端阻力值。充气膨胀压力对土体的挤压膨胀作用大大增加了锚杆的侧阻力。(2)极限承载力理论公式计算值与抗拔试验值基本吻合,验证了极限承载理论计算公式的正确性。(3)通过与螺旋锚杆相比,充气锚杆的承载力约为单锚片螺旋锚杆的4.3倍,约为双锚片螺旋锚杆的1.9倍,充气锚杆的承载能力优势明显。

充气锚杆数值单元的建立与分析

为了研究充气锚杆的受力特征及相应参数对于锚杆锚固力的影响,利用数值方法建立了充气锚杆的计算模拟单元,分别改变锚杆充气长度和充气压力,得到相应锚固力的变化规律,结果表明:随着橡胶膜长度的增大,锚杆的极限锚固力不断增大,二者符合线性关系;由于橡胶膜充气压力的不同,导致了不同的极限锚固力,锚杆极限锚固力与充气压力之间的关系,以及锚杆达到极限锚固力所需的位移与充气压力之间的关系,均可用线性方程进行描述。

串囊式充气锚杆在砂土中的模型试验研究

串囊式充气锚杆是基于单囊充气锚杆的改进与创新,为研究其极限抗拔承载力和位移的影响因素,通过对串囊式充气锚杆进行一系列室内模型试验,获得了其相应的抗拔承载力—位移曲线.试验结果表明影响串囊式充气锚杆极限抗拔承载力和位移的主要影响因素有：充气压力、埋置深度、橡胶膜长度和厚度、气囊个数、气囊之间的间距等,这些因素对串囊式充气锚杆的影响程度各不相同.通过与单囊充气锚杆的对比试验,得出在相同条件下,串囊式充气锚杆的极限抗拔承载力较单囊充气锚杆增加了1.2~1.7倍,极限位移仅为单囊充气锚杆的37%~66%.串囊式充气锚杆在增大承载力的同时,有效的控制了位移.

充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。

充气锚杆扩大头的位移特性及其抗拔承载力试验研究

通过充气锚杆与普通锚杆室内对比模型试验,研究了充气锚杆扩大头对位移特性与极限抗拔承载力的影响,并获得不同埋深下和不同气压下充气锚杆与普通锚杆的荷载-位移曲线。试验结果表明:相同埋深下,充气锚杆比普通锚杆极限承载力大大提高,其相应的位移也随之提高;不同埋深下,充气锚杆扩大头部分所承担的极限抗拔承载力占总极限承载力的比例均大于80%,且随着埋置深度的增加,其所占比例呈减小趋势;在不同气压下,充气锚杆扩大头部分所承担的极限抗拔承载力占总极限承载力的比例为72.6%~84.6%,且随着气压的增大,其所占比例随之增大;回归分析结果表明,充气锚杆在抗拔过程中位移与荷载呈指数函数关系。

充气锚杆加固砂土地基的研究进展

对充气锚杆的变形特性、承载特性及破坏形态进行了论述,总结了充气锚杆的一些力学规律:(1)充气压力越大,橡胶膜膨胀体体积就越大,膨胀体大致呈圆柱状。分析充气锚杆受力时,可将扩大头近似为等效圆柱体。向充气锚杆中高压注浆,能够有效地控制膨胀体的体积与形状,并为充气锚杆承载力的估算提供方便。(2)端部阻力与侧向阻力是充气锚杆扩大头极限承载力的主要组成部分,可用圆孔扩张理论更好地计算充气锚杆的端部阻力。(3)就充气锚杆的失效形态而言,多囊式充气锚杆与单囊充气锚杆相比,多囊式充气锚杆不会发生锚杆断裂破坏,因此,在实际砂土地基处理中,应优先选用多囊式充气锚杆。

充气锚杆在黏土中的群锚效应试验研究

为揭示充气锚杆在黏土中的群锚效应,采用自行设计的充气锚杆及其拉拔试验装置,在黏土地层中进行了多组拉拔试验。根据充气锚杆的根数不同、不同的布置形式以及间距变化设置不同试验组,并对其试验结果进行了对比分析。试验结果表明:双锚情况下,随着锚杆间距的增大,其承载能力呈现先增大至一最大值后又开始减小,锚杆的最优间距为6.84D(D为充气锚杆扩大段等效直径);三锚和四锚情况下,群锚的平均极限承载力均小于双锚;应力场干涉叠加对群锚气囊变形产生一定的影响,当锚杆间距大于限值(25cm)时,会使得扩大头端面和扩大头侧面承载力随着间距的增大先增加后减小,最后接近单锚状态;当锚杆间距小于限值(25cm)时,应力场干涉叠加会削弱扩大头端面和扩大头侧面承载力,甚至低于单锚状态。

砂土串囊式充气锚杆承载力的研究

在砂土地层中,串囊式充气锚杆的研究还比较少,其承载特性及受力机理尚不明确。本文基于莫尔-库仑模型和Vesic圆孔扩张理论法,分别对圆柱体、球体、组合体、椭球体假设下的串囊式充气锚杆的扩大段进行计算分析。并将计算结果与试验得到的实测值进行对比。结果表明:四种形状假设中椭球体的形状假设理论值与实测值的误差最小,仅为8.35%。通过拟合试验数据,并引入与端阻力和侧摩阻力有关的两个系数对承载力公式进行修正,得到了抗拔承载力的经验公式。

砂土串囊式充气锚杆的试验研究及其群锚效应

为揭示充气锚杆在砂土中的群锚效应,采用自主研发的新型串囊式充气锚杆,研究在砂土地层中的力学特性及其群锚效应。砂土的组成主要是80%以上的沙子和20%以下的黏土。这类土壤土质疏松,渗透性好。黏土是一种黏性土,砂粒少,水不易通过,具有较好的可塑性。首先改变串囊式充气锚杆的气囊长度,并将试验结果与单囊式充气锚杆的试验结果进行对比,以获取最佳气囊长度;然后改变锚杆间距来获取锚杆理想间距;最后以获取的优化气囊长度和间距为依据进行三锚及四锚的抗拔试验,分析三锚及四锚情况下的群锚效应。试验结果表明:在锚杆间距为35cm并且单个气囊长度为120mm时,能使串囊式充气锚杆极限承载力的提升和极限位移的控制效果最好;随着锚杆之间距离的增大,平均极限承载力先增大后减小,群锚效应系数也呈现先增后减的规律;对比双锚、三锚布置形式,推断锚杆最佳布置形式为四锚矩形布置,布置间距为35cm。

串囊式充气锚杆锚固理论研究

串囊式充气锚杆作为一种新型可回收锚杆在国内研究较少,目前针对其的研究都处于室内模型试验阶段,将串囊式充气锚杆应用到工程施工中还有较多的问题有待解决探讨。文章结合实际提出一种能用于实际工程中的串囊式充气锚杆结构设计方案,并利用弹塑性理论研究其锚固机理,为研究串囊式充气锚杆锚固段囊体间搭配模式与锚杆承载力之间的关系提供理论支持。

工程应用中串囊式充气锚杆的设计和制作

目前串囊式充气锚杆的设计和制作还处于探索完善阶段,本文将结合前人研究成果针对其结构设计、组件材料选择、密封性能等进行探讨优化,保证锚杆质量并增加后期拉拔试验所得数据的真实可靠性。

充气锚杆承载机理及群锚效应分析研究

通过建立充气锚杆力学模型,从杆体与扩大头侧摩阻力、端阻力、自重等方面,分析了充气锚杆承载机理,指出充气锚杆间距对群锚效应影响很大,存在最优间距H0使得土体挤密效果大于塑性区与侧摩阻叠加效果,使得群锚效应系数大于1。

基于二次回归法的充气锚杆锚固特性影响因素分析

为了明确影响充气锚杆锚固特性的因素及因素间的交互影响,采用二次正交回归组合设计法,以抗拔承载力和位移作为评价指标,对充气锚杆埋深、气囊压力、土层含水率进行试验,并用响应面法进一步验证。结果表明:对充气锚杆极限抗拔承载力和极限位移产生影响的因素中,埋深的影响最大,但非越深越好,原因在于土压力过大时,形成的气囊较小,从而影响锚固效果;充气压力的影响次之,总体上随着充气压力的增大而增大;土体含水率的影响最小,通过对数据的分析,可以得出含水率的增加,会降低充气锚杆的锚固作用,但数据差异小,所以含水率起次要作用;埋深和充气压力的交互作用最为显著,充气压力与含水率组大于埋深与充气压力组产生的交互作用。

充气膨胀控制锚杆的蠕变试验

为了研究充气膨胀控制锚杆在长期荷载作用下的力学性能,在室外天然场地对充气膨胀控制锚杆进行蠕变试验。通过陈氏法对试验数据进行处理,绘制位移-时间曲线、等时荷载-位移曲线与刚度回归曲线,分析得出了充气膨胀控制锚杆的蠕变规律。结果表明:在同等气压作用下,当施加荷载低于其极限抗拔承载力的40%时,充气锚杆基本不会发生蠕变;充气锚杆在不同气压作用下的蠕变特征不同,低气压时仅经过减速蠕变和稳定蠕变两个阶段,气压较高时会经过减速蠕变、稳定蠕变和加速蠕变共三个阶段;引用Burgers模型,并利用等时曲线法和过渡蠕变法得出充气膨胀控制锚杆的长期抗拔承载力为其极限抗拔承载力的65%~75%。

充气锚杆的研究现状及展望

充气锚杆是一种全新概念的新型锚杆,它是充分利用软土在压力作用下可产生挤压变形的特性研发而成的。本文论述了充气锚杆的独有特点,对充气锚杆的研究现状、锚杆荷载传递机制,以及岩土锚固机制进行了论述。总结了充气锚杆的一些规律:①充气锚杆的抗拔承载力主要与砂的密实度、软土的液限指数、锚杆长度、充气压力大小、橡胶膜的厚度、橡胶膜外表的粗糙度、充气扩大头体积、锚杆埋设深度等因素有关,其中,锚杆长度是最主要的影响因素;②充气锚杆的极限抗拔承载力是螺旋锚杆的4倍,在软土的排水与不排水对比试验中,充气锚杆极限抗拔承载力相差3～4倍;③在充气压力一定时,不同土体,锚杆的抗拔承载力差别很大,短锚杆100mm时几乎全长受力,长锚杆200～300mm时只在锚杆充气段上部分受力。