地震作用下岩体边坡锚固界面剪应力分布及其影响因素分析

基于FLAC 3D软件,尝试采用修正的cable单元建立全长粘结锚杆锚固顺倾层状岩体边坡数值分析模型,改进剪应力提取方法,分别模拟分析了锚杆杆体-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上的剪应力分布及其影响因素。研究发现:砂浆-岩体界面上的剪应力比杆体-砂浆界面上小得多,且均以中性点为界方向相反,分布很不均匀,中性点附近大,锚杆两端小;不仅地震波幅值和频率对边坡锚固界面剪应力分布有很大影响,而且随地震波持时的增加锚固界面剪应力增大;锚杆长度也对锚固界面剪应力分布有很大影响,锚杆安设角度的影响则较小。获得了地震作用下锚固界面上剪应力分布,并揭示了地震动参数和锚固方式对剪应力分布的影响,为边坡锚固设计施工提供了重要参考。

考虑蠕变效应锚固界面的力学特性研究

通过室内剪切流变试验,研究在考虑蠕变效应下锚杆-灌浆体界面的力学特性以及锚杆的预应力损失随时间的变化情况。结果表明:锚杆的预应力损失在考虑蠕变效应条件下随荷载的增大而随之增大;锚杆-灌浆体界面的剪力分布随杆长迅速增大到峰值,然后在逐渐减小,并随时间的增长,峰值逐渐后移,直到破坏。

岩体锚固界面剪切蠕变特性研究

完整的锚固系统由锚杆体、黏结材料以及岩土体三部分组成,其间的力的递方式均是由锚杆体传递到黏结材料,再由黏结材料传递到岩土体的,锚固界面就成为整个锚固系统极限承载力设计的关键。通过室内剪切蠕变试验,分析锚固界面上不同荷载时应力的分布规律,以及考虑时效性下的剪切蠕变关系。研究结果表明:锚固界面上的剪力沿杆长呈抛物线分布,同时锚固界面在剪切效应的影响下只表现出了蠕变全过程的前两个阶段,真正意义上的加速蠕变阶段不存在,且锚固界面的破坏性状与其位置有关系。研究成果为相关研究提供了参考,具有一定指导意义。

拉力集中型锚索体系锚固界面力学分析

本文在假定锚固界面为理想弹塑性模型及锚索为无限长杆件的前提下，推导了全长牯结拉力集中型预应力锚索砂浆与钢绞线界面、砂浆与岩土体界面的应力分布解析解。在此基础上探讨了应力分布规律的影响因素，认为锚固界面剪应力呈负指数分布模式，最大剪应力在x=0处，最大剪应力与锚固力、钢绞线半径、界面摩阻刚度系数λ1、λ2注浆体半径等有关，认为盲目增加锚固段长度的做法不可取，比较而言，增大注浆体半径对增加锚索工程稳定性更为有效。该解析式的提出对快速确定锚固段长度的方法提供指导。

压力型锚杆锚固界面蠕变特性试验

在室内进行了自制压力型锚固试件的锚固界面拉拔蠕变试验,用应变仪测得了试件锚固段上各监测点的实时应变,给出了锚固界面蠕变曲线及各监测位置的等时荷载—应变曲线。对曲线特征分析得到:同一监测点位置应力越大,应变越大,且应变随时间的增长逐渐增大;加载过程中锚固系统经历黏弹、黏塑和黏脱阶段后,最终沿锚固界面发生剪切拉拔破坏。

压力型锚杆锚固界面力学特性试验研究

锚固系统宏观上是由岩土体、黏结材料和锚杆杆体三种介质组成。锚杆和岩土体之间通过它们之间的接触界面完成相互作用。通过开展室内剪切蠕变试验,并且考虑锚固界面的蠕变特性对锚固系统的影响和作用,得出界面应变随时间、荷载大小和锚杆长度的变化规律,分析锚固界面的蠕变特性并讨论杆长方向分布的界面应力随时间的变化规律。试验分析的结果表明,试验件分级蠕变量与加载阶段密切相关。低应力水平阶段,荷载恒定前期锚固体的蠕变变形量较大,后期蠕变量较小,呈现衰减蠕变趋势;高应力水平阶段试件蠕变特性较大,并在破坏前期出现速率短暂急速增大过程。

锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

锚杆锚固性能及界面力学特性研究综述

锚杆锚固岩土体后,形成的锚固体单元能否提供足够的锚固力是整个锚固工程的关键。现有研究表明,锚固系统的破坏模式主要表现为锚杆与锚固剂界面和锚固剂与围岩界面发生滑脱。总结了影响锚杆锚固界面力学特性的因素,分析归纳了锚固界面力学特征研究领域存在的主要问题。指出合理利用数值模拟与试验手段并结合理论分析对锚固界面的力学特性进行深入研究,有助于弄清锚杆锚固系统的作用机理,对提升锚固工程安全性与稳定性有着重大意义。相关结论为今后锚杆锚固界面力学特性的研究提供了方向和参考。

岩质边坡锚固界面剪应力分布的模拟试验研究

为研究岩质边坡锚固界面的剪切作用,采用相似材料制作拉拔试件,借助多功能力学试验机和静态电阻应变仪,进行了不同锚固长度试件的静态拉拔试验,分析了拉拔荷载作用下锚杆-砂浆和砂浆-岩体两锚固界面上的剪应力分布规律。结果表明:相似材料的物理力学性质能够较好地反映出原型材料的特性,利用岩体、水泥砂浆和锚杆的相似材料制作拉拔试件进行锚固相似模型试验是可行的;不同循环荷载作用下,拉拔试件中的锚杆与锚固体上的轴力随着锚固长度的增加,呈现出指数规律衰减,且体现出了锚杆加固岩土体时具有有效锚固长度的特征;锚杆-砂浆和砂浆-岩体两锚固界面上的剪应力分布不均,沿锚固长度呈现为先增大后减小的单峰值曲线变化规律,从锚杆端部至剪应力峰值点,剪应力值迅速增大,其作用范围较小,但峰值点后剪应力值平缓下降,作用范围相对较大,并且随着拉拔荷载的增大,剪应力峰值逐渐向锚固深部转移;不同锚固长度拉拔试件的锚固失效均发生在砂浆-岩体界面上,同时锚固体界面上经历3个阶段,即弹性变形阶段、塑性变形阶段和脱黏滑移阶段。首次借助相似模型试验获得了岩质边坡锚固界面剪应力分布,揭示了锚固机理,不仅对相关试验,而且对边坡锚固的设计施工具有重要参考价值。

张拉条件下锚固剂-围岩界面剪应力分布规律研究

为研究锚固剂-围岩界面剪应力分布规律,基于锚杆、锚固剂复合体与围岩孔壁间三阶段线性函数剪切滑移模型,采用载荷传递法开展理论分析,推导出弹性阶段锚固剂-围岩界面剪应力分布公式。结果表明,张拉承载条件下界面剪应力极大值出现在锚固段外端口且沿锚固长度方向呈单调递减规律分布。当锚固段长度较小时(≤0.3 m),界面剪应力可近似认为是均匀分布的。随着锚固长度的增加,锚固段外端口最大剪应力值逐渐降低,界面剪应力分布不均匀程度增加。适当增加锚固长度可以整体降低锚固段界面剪应力大小,一定程度避免锚固始端界面剪应力达到抗剪强度而发生滑移滑脱失效。采用FLAC3D软件开展锚杆、锚固剂实体单元数值计算,验证了锚固剂-围岩界面剪应力沿锚固长度呈递减分布的规律,发现剪应力在锚固段始端前1/3位置递减明显。

拉力型土工布加筋复合锚杆锚固界面应力传递试验分析

土工布复合锚杆是一种可应用于松散地层锚固工程的新型锚锭结构。以某滑坡治理工程为平台,开展了拉力型土工布加筋复合锚杆锚固体与破碎岩土体界面间应力传递规律的实测研究。现场试验结果表明,土工布的加筋鼓胀作用调整了锚固体与破碎岩土体接触界面的应力分布,土工布加筋复合锚杆锚固段近端存在稍长的应力协调缓冲段,随着荷载增大,黏结应力峰值向锚固段深部转移的现象不明显;实测破碎岩土体中拉力型土工布加筋复合锚杆主要抗力区域分布在3.0~13.0 m之间,即有效锚固体长度以不超过15 m为宜,过长的锚固长度对提高锚杆抗拔力意义不大;在松散破碎岩土体中应用土工布加筋复合锚杆技术能起到提高锚固力与节约成本的双重作用。

基于界面滑移脱黏的锚杆合理锚固长度研究

为确定煤巷不同围岩条件下锚杆的合理锚固长度,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏失效模式,推导出弹性阶段锚杆极限承载力、界面剪应力分布计算公式。在分析锚固剂-围岩界面发生滑移脱黏发生条件基础上,提出既安全经济,又能充分发挥围岩可锚性和锚杆材质性能的锚杆合理锚固长度确定原则,分析了合理锚固长度的影响因素和设计流程。研究表明,锚杆弹性极限承载力主要受锚固剂-围岩界面抗剪强度[τ]影响,界面剪切刚度K_1是临界锚固长度的关键控制因素。短锚拉拔试验测取的不同围岩条件下界面参数[τ]、K_1,可为锚杆设计载荷、合理锚固长度设计提供指导。算例分析结果表明,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏设计的锚杆锚固长度与目前煤巷锚杆采用的锚固长度基本一致,验证了锚杆合理锚固长度计算方法与设计流程的可行性。

基于流变理论的压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究

基于荷载传递法,采用西原模型,建立了考虑锚固界面剪切流变特性的压力型锚杆荷载传递函数的微分方程;推导了压力型锚杆锚固体周围岩土体全部处于弹性时、局部处于塑性时和局部处于滑移时,考虑锚固界面流变的锚固界面位移和锚固体轴力分别与位置、时间的关系式;最后,通过拉拔蠕变试验对理论解进行了试验验证。对比分析表明,在P为40kN、100kN、120kN的不同拉拔力作用下,不同位置、不同时刻锚固体轴力的实测值与理论值均吻合较好。反映出推导的理论公式的正确性和适用性。

压力型锚杆锚固段流变特性试验研究

为了研究压力型锚杆锚固段流变特性,进行了室内锚固系统拉拔蠕变试验。通过设计不同锚固段长度和灌浆体强度,试验研究了不同长度的锚固体在不同荷载作用下轴向位移随时间变化的规律,深入对比了不同强度的砂浆和不同锚固段长度对锚固效果的影响。试验得出:试件的破坏形式与灌浆体的长度和灌浆体的强度等级密切相关,灌浆体长度为300 mm的试件发生钢筋断裂,长度小于300 mm的试件则沿第二锚固界面的破坏,基体强度较小时在径向压力增大到一定值时,基体率先开裂。

导波在锚固金属杆中传播机理的研究

运用波动的经典理论,提出了导波在金属杆嵌入层“变截面”传播时波速改变的“等效弹性模量”的概念。对导波在锚固金属杆中的传播,尤其是在金属杆与锚固交界面处的传播机理进行理论分析,并提出了在锚固交界面处导波以耦合“低频脉冲”传播的思想。这一概念,可以解释运用导波进行无损检测得到的时域分析图中信号发生的“时滞”与波形拉平现象。

冲击能量下锚固围岩的损伤及控制研究

以发生冲击能量事件的耿村煤矿13230下巷为例,通过现场测试冲击后围岩的强度、结构、锚杆锚索锚固力等指标,对冲击载荷作用下围岩及锚固系统损伤失效机理进行了研究。结果显示,在冲击载荷作用下,巷道围岩节理、裂隙进一步发展,强度和完整性极大降低,冲击后直接顶泥岩强度下降了73.3%,两帮煤体强度下降了63.6%,导致锚固系统锚固第二界面强度较低,在高预紧力作用下极易拉脱,导致整个锚固系统失效。提出采用全长锚固高预应力强力锚杆、配合鸟笼锚索联合支护,增加锚固剂与钻孔孔壁之间的粘结面积,可以有效提高锚固系统薄弱环节抵抗冲击载荷的能力,现场实施效果显著。

受拉全长黏结式锚杆剪切应力弹性解析解及其应用

面对锚杆-围岩锚固界面剪切应力分布研究不够精确,制约锚杆设计施工水平提高的现状,基于半无限弹性空间体的Mindlin位移解,导出了拉拔荷载作用下全长黏结式锚杆锚固界面剪切应力沿杆长分布的近似弹性解析解,并求得了最大剪切应力的数值和分布位置,给出锚杆杆长的建议值和增强局部剪切力的建议。结论适用于较硬围岩中较长锚杆在较小荷载作用下的剪切应力分析,可为岩体锚固设计提供借鉴,提高锚杆设计施工的安全性和经济性。

某地下洞室全长粘结式锚杆受力特性分析

为研究全长粘结锚杆锚固界面应力传递机理,建立了锚固界面应力计算模型,基于锚固界面弹性状态下锚固体与围岩协调变形假定,构建了锚杆内力与围岩位移之间的数学模型,利用有限元弹塑性数值模拟推导了沿杆长方向锚杆轴力与剪力的分布函数,并考虑接触面的损伤劣化,引入损伤变量,建立了损伤状态下锚杆应力修正与锚固支护效应力学模型。对某水电站地下厂房开挖过程中吊车梁锚杆受力特性的分析结果表明,本文方法合理、有效。

复合骨料对高强混凝土改性的机理分析——高强低自收缩复合骨料混凝土的研究之四

由于复合骨料混凝土的弹性协调和其中轻骨料的内养护作用与良好的界面锚固等因素,使混凝土的强度能达到甚至略高于基准普通混凝土。同时,轻骨料具有的蓄水和内养护作用又使混凝土的自收缩得以明显降低。

基于锚固剂环裂纹扩展的全长锚固脱黏失效机制研究

为了探究全长锚固系统的脱黏失效机制,达到构建高质量锚固体的目的,建立锚杆–锚固剂界面力学模型,分析锚杆拉拔滑动导致锚固剂环裂纹扩展的3个阶段以及锚杆–锚固剂、锚固剂–围岩界面环向围压随锚杆滑动的变化,推导最大轴向力与剪应力的位置,揭示锚杆–锚固剂界面的脱黏失效机制,提出锚杆–锚固剂界面、锚固剂–围岩界面脱黏失效的判据,并通过工程实例及实验进行验证。研究结果表明:在围岩发生变形时锚杆–锚固剂界面脱黏失效按照黏结、机械互锁和摩擦顺序依次失效。围岩围压直接影响锚固剂环径向裂纹完全开裂的外周诱导围压,锚固剂的抗拉强度决定了锚固脱黏发生的界面。当围岩抗拉强度大于锚固剂环抗拉强度时,锚杆–锚固剂环界面脱黏,锚固剂环在锚杆轴向最大拉力处萌生裂纹,向两侧脱黏;当围岩抗拉强度小于锚固剂环抗拉强度时,锚固剂环–围岩界面脱黏或围岩脱出,锚固剂环与围岩界面脱黏从锚杆加载端开始并向锚杆尾部转移。抗拔锚固力发挥作用的方式与锚固剂环完整形态有关,即完整时的黏结作用和机械互锁作用,裂纹萌生后的部分黏结和机械互锁作用,完全破碎后的摩擦作用。全长锚固锚杆–锚固剂界面脱黏失效随中性点转移呈循环扩散式脱黏。