锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究

锚固类结构杆体临界锚固长度是指一定岩土介质中锚固类结构杆体的极限锚固长度,超过此长度,其承载力将不再明显增加;未达此长度,其承载力尚有一定潜力可挖。数十年来,特别是近10a来,国内以不同的方法,从不同的侧面对锚固类结构杆体临界锚固长度问题进行研究,取得若干成果。对其中较典型的研究成果作评述和再分析,着重指出:系统的研究仍较为缺乏,直接的研究较为少见,仍处于局部发现问题局部探讨解决的阶段;临界锚固长度现象是普遍存在的,对此问题的透彻研究,将对现行国内外基于平均剪应力概念和方法的设计理论提出严重质疑和挑战,并最终将导致锚固类结构传统设计理念的根本性变化;临界锚固长度现象的发现,国外早于我国10多年时间,但作为专用的具有明晰概念的名词"临界锚固长度",目前尚无此称谓。

锚固类结构抗爆性能研究进展

在分析国内外大量文献资料基础上,综合评述锚固类结构抗爆性能的研究进展,指出国内外具有共性的问题:(1)对复合锚固类结构抗爆性能的研究还很欠缺;(2)特殊型式的复合锚固类结构具有良好的开发应用前景,应深入研究;(3)对新型锚固类结构抗爆性能的研究还需进一步加强;(4)对试验研究及应用成果,还未能提升到系统、严密、公认的理论阐释程度。

地下巷道支护锚杆腐蚀状况调查及力学性能测试

调查了河南焦作煤矿地下巷道腐蚀环境和现场10a期管缝式锚杆腐蚀状况,对地下水腐蚀物含量、锚杆宏观质量损失和局部坑蚀情况实施了测量,并对锚杆杆体极限承载力和塑性性能进行测试。结果显示:未加任何保护措施的管缝式锚杆腐蚀较为严重,调查样本中的大多数锚杆寿命接近终结;锚杆外表面腐蚀状况以坑蚀为主,而内表面则以近似均匀腐蚀为主;锚杆表面的坑蚀数目、面积和深度等数据均遵循一定的散布规律,且坑蚀口部面积与深度间有内在关联;锚杆表面的坑蚀和穿孔对锚杆杆体力学性能有严重损害,而且锚杆延伸率损失率远大于极限承载力损失率,亦即腐蚀对锚杆塑性的损害程度远大于对其承载力的损害程度,这使得锚杆在发生破坏前难以监测到明显的变形,极易造成突发性事故。

承载锚杆与非承载锚杆腐蚀力学性能对比试验研究

通过潮湿空气和Na2SO4溶液中的模拟腐蚀试验,得到腐蚀后承载锚杆和非承载锚杆力学性能与腐蚀条件以及腐蚀时间之间的关系曲线,对比两种腐蚀锚杆力学性能的差异,分析荷载对腐蚀锚杆力学性能的影响趋势。试验结果表明,在潮湿空气中,腐蚀后承载锚杆和非承载锚杆的力学性能之间并无显著性差异;而在Na2SO4溶液中,腐蚀后承载锚杆的极限承载力和最大伸长量都比非承载锚杆有较大程度的下降,其耐久性与使用寿命损失亦更加严重。

锚固类结构杆体临界锚固长度与判别方法试验研究

论述了锚固类结构杆体临界锚固长度的概念,指出临界锚固长度的存在是一个普遍现象,此现象表明,杆体平均剪应力的理论基础,即锚杆界面微观结构理论的适用范围尚可商榷。在此基础上,给出了试验条件、方法、结果、结论和判别临界锚固长度的方法。最后将研究结果与其他研究者的成果作了综合比较分析,由此证实,在较理想条件下,锚固类结构杆体第一和/或第二界面浆体局部破坏转移、峰值剪应力转移、零值剪应力转移大体是同时发生的,此时峰值和零值点间的空间距离就是临界锚固长度。

制约锚固类结构发展应用的若干问题概论

根据研究所得和工程实践,提出了制约锚固类结构进一步发展应用的诸多问题,有的涉及应用基础研究,有的涉及设计方法与工艺研究,还有的涉及施工机具与量测技术研究。上述问题中,部分尚处于研究空白状态,部分是已做了一定工作但还远未得到解决,还有一部分属于研究工作虽已完成但亟需重新给予审视以至于要全部或部分推倒重做。这些问题带有国际性,它们的有效解决,将突出地改变我国在该领域若干方面的落后状况,有力地促进锚固类结构技术科学水平的进步与发展,可供相关工程技术人员尤其是研究生参考。

岩石中新型复合锚固类结构抗爆性能现场试验研究——宏观效应与量测结果分析

为了研究新型复合锚固类结构是否能有效提高岩石洞室的抗爆性能,进行岩石中新型复合锚固类结构与单一锚固类结构的抗爆效应现场对比试验。试验结果表明:新型复合锚固类结构洞室的临界破坏荷载是单一锚固结构洞室的143%;就破坏程度而言,单一锚固结构洞室是新型复合锚固结构洞室的2.5倍;在爆炸荷载较低条件下,单一锚固结构的振动加速度是新型复合锚固结构的1.6～12.3倍;新型复合锚固结构的平均位移值是一般锚固结构的65%;应力波作用于新型复合锚固结构的时间是一般锚固结构的2.5～5.0倍;一般锚固结构的锚杆应变峰值是新型锚固结构的2.0～4.0倍,最大达到6.9倍;一般锚固类结构拱顶表面应变峰值是新型锚固结构的2倍。新型复合锚固结构的弱化效应吸能非常显著,用于岩石类介质洞室的抗爆加固是完全可行的,并具有显著的技术经济效益。

新型优化弱化复合锚固结构抗爆宏观效应试验研究

论述新型优化弱化与非优化弱化复合锚固结构抗爆效应试验的目的、条件和方法,指出二者的唯一差异仅是弱化孔段长度不同,前者是优化的,后者是据经验确定的。试验特点是爆炸加载起始荷载低,级差小,试验真实地演绎洞室从变形→破坏→震塌堵塞的全过程。试验结果表明,前者的临界破坏抗力是后者的2.1倍以上,极限破坏条件下,拱顶下凸大变形尺度和面层脱落面积,前者仅为后者的25%和33%。弱化孔群的作用机制就是在围岩介质中形成一个弱化区,使原有的二介质系统(支护结构和围岩)成为三介质系统(支护结构、弱化区和围岩),并在爆炸过程中由弱化区大量吸收爆炸能,同时使支护结构的危机得以转移。

新型锚固类结构抗爆性能数值分析

采用LS-DYNA有限元软件,对分别使用单一锚固结构和新型复合锚固类结构加固的洞室在抗爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施断裂缝形成过程,与试验结果的可靠性相互验证,并对其作用机理得出一些初步认识。结果表明:两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;复合锚固构造措施段使得锚固区外的介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时产生反射拉伸波在此处产生了裂缝;复合锚固结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约小23.7%;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。

新型复合锚固结构抗爆优化设计数值模拟分析

新型复合锚固结构是指"锚杆-构造措施"型复合锚固结构,用于洞室的加固支护。"构造措施"是指在锚杆里端规律设置一段表面经过处理的空孔。这段空孔对周围介质起弱化作用,因而称为"弱化孔"。新型复合锚固结构优化设计因素包括:①弱化孔直径d;②弱化孔密度;③弱化孔长度l;④锚固区厚度t。利用LS-DYNA程序依次对4个因素的优化设计进行了数值计算分析,得出:弱化孔直径的优化设计值为d=1.0 cm;弱化孔密度的优化设计为沿环向布设24个弱化孔;弱化孔长度的优化设计值是l=25 cm;锚固区厚度的优化设计值是t=25 cm(或锚固区厚度与弱化孔长度的比值为1)。

优化复合锚固结构与单一锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构是由土钉和在土钉端部系统而规律地设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群组成。空孔群在围岩介质中造成一个弱化区,弱化区介于支护结构与围岩介质之间,将原有的二介质系统(支护结构和围岩),改变为三介质系统(支护结构、弱化区和围岩)。爆炸条件下,优先由弱化区产生变形、破碎、压实或压密,同时大量吸收爆炸能,使支护结构的危机得以转移至弱化区而本身不受损。优化复合锚固结构对比单一锚固结构具有优异的抗动静载性能。因此进行对比试验,研究优化复合锚固结构及单一锚固结构的抗爆性能。试验结果表明,在支护结构产生临界破坏前后,单一锚固结构的质点加速度量值是优化复合锚固结构的2.22倍以上,前者的动应变量值是后者的5.30～4.50倍以上。在临界破坏条件下,优化复合锚固结构的抗力是单一锚固结构的5.10倍以上,在极限破坏状条件下,前者是后者的4.13～3.40倍以上。

高含量混杂钢纤维高强混凝土抗侵彻性能试验研究

采用Ф30火炮发射半穿甲模型弹,对体积含量3%、4%及5%的高含量混杂纤维高强混凝土靶板进行了抗侵彻性能试验研究,分析了高含量混杂钢纤维对靶板侵彻性能的影响。混杂钢纤维可以明显提高靶板的抗侵彻性能,钢纤维含量越高,提高的幅度越大;随着混杂钢纤维含量的增加,靶板的垂直侵彻深度和弹坑深度呈线性趋势减小,靶板的弹坑面积呈对数趋势降低。

GFRP杆抗压应变率效应试验研究

为了研究玻璃纤维增强塑料（GFRP）杆的抗压性能,采用WAW600微机控制电液伺服万能试验机和Φ37分离式霍普金森压杆（SHPB）试验设备,对GFRP杆分别进行了准静态抗压性能和冲击性能试验。准静态条件下,该材料没有明显的屈服特征与塑性变形,表现出典型的脆性破坏特征;加载速度为100~500N/s时,应变率效应敏感。冲击载荷作用下,该材料的峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线上升段斜率随应变率的提高而增大;抗压强度提高幅度较大,动力提高系数大于1.35,高达1.58。

岩土高边坡破坏模式、预测预警与防治方法研究

本文综合论述了岩土高边坡破坏模式、预测预警与防治方法研究的国内外进展,提出了存在的若干重要问题和解决问题的方法建议。研究强调指出,对人类在该方面的大量研究成果,应慎重加以整理,建立起相应技术咨询系统,以充分地加以利用;而对存在的重点、难点和关键问题,应开展相应的原创性研究,并不断将研究成果补充到已建立的技术咨询系统中,使其更加完备、科学和合理,更好地造福于人类的工程建设。

新型复合锚固类结构静力弱化效应试验研究

为研究新型复合锚固类结构的弱化机理及其在静载作用下的特性,进行了静力三轴试验研究。研究表明:①弱化试件同非弱化试件相比,其平均变形量为后者的2.7倍,最大为7.3倍,其平均承载力为后者的1.8倍,最大为3.2倍;②在非弱化试件中的锚杆已达到很高应变状态或试件已产生极限破坏条件下,弱化试件中的锚杆尚处于很低应变状态;③弱化试件荷载～应变关系曲线中的"峡谷"现象是弱化孔间的孔壁介质由于应力集中而出现超载破坏,引起试件产生相对卸载的结果,而多次"峡谷"现象的发生,实质上反映了孔壁介质从破裂、破碎到压实的全过程效应;④复合锚固类结构的弱化效应非常显著,其间存在极大潜能,充分利用这一潜能,将具有巨大的社会、经济和军事效益。

大跨度土质洞库复合土钉支护研究与应用

在试验研究和数值分析基础上,采用新型复合土钉支护技术对毛跨为10.5m,毛高为7.07m的土质洞库进行了成功设计与建造,提出了监测结果和结论。其新颖性在于,采用复合土钉支护大跨度土质洞库,去掉了二次永久衬砌,突破了传统洞库的建造方法,节省了笨重的机械设备和造价昂贵的多部台车,使施工便捷可行,为大跨度土质洞库建设提供了一种可供选用的新型支护方式。

锚固类结构诸界面剪应力相互作用关系与设计方法问题研究

锚固类结构具有国内外一致公认的技术先进性,它们对人类工程式建设的贡献是巨大的。但锚固类结构至今仍存在着若干令人勿庸置疑的问题亟待研究解决。这些问题制约着锚固类结构的可靠应用与进一步发展。问题之首,当属锚固类结构诸界面剪应力相互作用关系与设计方法问题。资料显示,国内外对锚固类结构诸界面剪应力相互作用关系的系统研究未见报导,而对锚固类结构的设计,国内外技术标准均采用了以第2界面平均剪应力为主的设计方法,这既不符合工程实际和大量严谨的试验结果,又使工程存在潜在危险性,是工程事故频发的重要原因之一,应予以摒弃。

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究——国内相关研究进展

锚固类结构是指注浆锚杆、锚索和土钉一类岩土工程加固支护结构。锚固类结构杆体临界锚固长度是指一定岩土介质中锚固类结构杆体的极限锚固长度,超过此长度,其承载力将不再明显增加;未达此长度,其承载力尚有一定潜力可挖。半个多世纪以来,国(境)外从不同的侧面对临界锚固长度的相关问题进行了研究,但系统的研究仍较为缺乏,直接的研究极为少见,因而此问题尚未真正解决,仍处于局部发现问题局部探讨解决的阶段。我国关于锚固类结构杆体临界锚固长度问题的相关研究起步晚于国外,但关于该问题的直接研究在近年来还是明显多于国外。我国已提出试验判别临界锚固长度的方法,已研究确定某些介质的临界锚固长度及相应的技术规范。

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究——国(境)外相关研究进展

锚固类结构是指注浆锚杆、锚索和土钉一类岩土工程加固支护结构。锚固类结构杆体临界锚固长度是指一定岩土介质中锚固类结构杆体的极限锚固长度,超过此长度,其承载力将不再明显增加;未达此长度,其承载力尚有一定潜力可挖。半个多世纪以来,国(境)外从不同的侧面对临界锚固长度的相关问题进行了研究,但系统的研究仍较为缺乏,直接的研究极为少见,因而此问题尚未真正解决,仍处于局部发现问题局部探讨解决的阶段。

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究——国内相关研究进展(续)

文[28]（2007）报道了全长黏结玻璃增强聚合物锚杆破坏机制拉拔破坏模型试验。研究指出，在砂浆体强度较高条件下，可能发生锚杆拉断破坏，也可能发生剪切破坏；在轴向拉应力先达到锚杆抗拉强度时则会在自由段发生拉断破坏；在最大剪应力先达到纤维丝的抗剪强度时则在锚固段内先发生剪切破坏。试验测得的锚剐段杆体表面剪应力典型分布曲线见图15：