动载作用下锚固体应力波传递及破坏特征研究

为研究动载作用下锚固体的应力波传播规律及破坏特征,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对锚固体试件开展了不同预应力及不同冲击次数的冲击试验。研究结果表明:随着预应力增加,锚固围岩中应力波峰值逐渐增加,衰减速度逐渐减小,增大锚杆预应力,锚固自由端拉伸波峰值明显减小;随锚固体试件预应力增加,锚固体轴力损失越快,轴力损失率呈二次线性增加的趋势;预应力较小时,锚固自由端围岩产生裂缝较多,多次冲击下裂缝距离较为接近;随着预应力的增加,自由端头破坏程度减弱;随着预应力增加,拉拔最大位移量越来越小,未受动载作用的原始试件拉拔后未出现明显的破坏;动载作用后,随着预应力增大,锚固端头发生一定程度的劈裂破坏,预应力持续增加劈裂破坏程度越来越弱。

抗拔桩与承压型囊式扩体锚杆性价比浅析

对建(构)筑物抗浮工程两种常用锚固体钢筋混凝土抗拔桩和承压型囊式扩体锚杆设计计算理论进行了研究和梳理;并结合北京某一实际工程案例,对两种抗浮锚固体在设计中的可靠性、适用性和经济性进行对比分析。结果表明,在天然地基承载力满足基底压力要求,地基土层构成情况相同,两种抗浮锚固体提供相同抗力的条件下,承压型囊式扩体锚杆综合性价比优于钢筋混凝土抗拔桩,仅工程造价就可以节省20%左右,可为抗浮工程锚固设计时的锚固体方案比选提供借鉴与参考。

浅埋隧道预应力锚固体承载效应模型实验研究

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程中的应用逐渐普及,对于浅埋大跨岩质隧道,其支护特性及作用机制尚未明确。为探究预应力锚杆支护体系下围岩的承载特性,以青岛地铁6号线某暗挖车站为工程背景,基于相似原理配制地层及支护结构模型实验材料,通过液压加载试验,探究了预应力锚杆及普通锚杆支护下锚固体的承载特性。结果表明:①预应力锚杆与围岩的相互作用形成了具有承载能力的锚固体,能够有效承担大部分上覆荷载。预应力锚杆的应用使得隧道失稳破坏的预警荷载值提高了42.8%,同时极限荷载值也提高了41.2%。②在上覆加载过程中,预应力锚杆经历了紧密锚固持荷阶段和脱锚卸荷阶段,衬砌经历了应变累积、应变突增和应变释放3个阶段。③较普通锚杆,主动支护下预应力锚杆与岩体间的受力协同性好,无轴力突变现象,锚杆的支护性能得到充分的利用,有效抑制了裂隙的发育,提高了隧道的整体稳定性。

玻璃幕墙固定用索锚具开裂原因

某玻璃幕墙固定用索锚具在使用过程中发生开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜及能谱分析、金相检验等方法对索锚具开裂原因进行分析。结果表明:索锚具的开裂形式为晶间腐蚀开裂,索锚具固溶处理效果不佳,沿晶界析出了大量M_(23)C_(6)型碳化物,降低了索锚具的抗晶间腐蚀性能,在腐蚀性元素S、Cl的作用下,索锚具外表面萌生微裂纹,并沿晶界向内部扩展,最终导致索锚具发生开裂。

新型锚固剂快速装入器动力学特性研究

针对当前国内锚杆支护操作中存在的人员登高危险、锚固剂装填困难以及安装效率低下等问题,该研究开发一种新型的锚固剂快速装入器。该装入器利用空气压力将锚固剂通过导管顺利注入锚杆孔中,从而方便锚固剂的装填,并减少锚固剂的损耗,提高装填效率。为深入探究锚固剂快速装入器的动力学特性,进行流固耦合分析,并得到在不同气压力下锚固剂在导管中的动力学特性数据。最后,采用锚固剂快速装入器成功地对模拟的锚杆孔进行锚固剂装填,获得令人满意的装填效果。

动载作用下全锚锚固体应力波传播及破坏特征

深井巷道受动载扰动变形严重,明晰动载作用下锚固支护体的应力波传播及破坏特征具有重要意义。基于霍普金森杆(SHPB)试验系统,研究了不同冲击气压下锚固体试件的应力波传播规律,基于一维应力波理论计算了锚固体的层裂强度;利用ABAQUS数值模拟软件还原了动载冲击试验,再现了锚固体试件的应力波传播全过程,分析了锚固体轴向不同位置处的应变–时序特征。研究结果表明:①随冲击气压增大,应力波衰减速度越快,空间响应幅值及衰减系数逐渐增大,锚固体试件层裂强度与冲击气压呈正相关关系,0.6 MPa冲击气压下的层裂强度相较于0.4 MPa冲击气压下增加了41%,呈现出明显的应变强化效应;②锚固尾部及中部锚固剂的应力波峰值应变略大于围岩峰值应变,而锚固端部由于净拉应力作用导致围岩峰值应变骤增;③锚杆、锚固剂及围岩3者动力响应具有时序性,锚固围岩与锚固剂率先受到压缩应力波作用,锚杆产生滞后于锚固剂与围岩的拉伸应力波,阻止锚固体试件发生协同破坏;④锚固尾部锚杆、锚固剂及围岩应变起跳时间间隔为0,随着应力波向锚固中部及端部传递,3者应变起跳间隔时间逐渐增加,锚杆峰值应变随之增加,锚固端部锚杆破坏最严重,随冲击气压的增大,3者不协同作用逐渐加剧,锚固体试件加速劣化。

黏土岩中水泥锚固体滑脱的有限-离散元模型初探

锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆(索)系统正常工作的重要前提,为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理,开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验,基于有限-离散元方法(FDEM),建立黏土岩-水泥砂浆的二元体模型,对水泥锚固体拉拔过程进行模拟。研究表明:黏土岩黏聚力小于黏土岩-水泥砂浆界面的切向黏结强度,低法向压力时二元体的剪切破坏多为黏土岩的剪切破坏,但黏土岩内摩擦角较大,高法向压力下界面抗剪强度低于黏土岩,二元体剪切破坏逐渐转变为界面脱黏;考虑剪切失效的双线性黏聚力模型在模拟软岩破坏时是适用的,而二元体黏结界面更适合通过黏结-摩擦模型模拟;水泥锚固体拉拔失效过程可分为黏结变形阶段,界面脱黏阶段,剪胀咬合阶段和滑移阶段4个阶段,界面脱黏后,锚固体附近黏土岩的剪切破坏也是导致锚固失效的重要因素,剪胀咬合阶段的咬合力决定了锚固体的峰值抗拔能力。研究结果对于软岩地区锚固结构设计有一定的指导作用。

基于注浆工艺的边坡岩体与锚固体间粘结强度试验对比分析

依托我国南部沿海地区的某大型锚杆试验场地,基于不同的注浆工艺,通过试验数据分析与对比,得出,一、二次注浆型锚杆这2种工况下的极限粘结强度情况,并与国家规范给出的建议值进行对比分析。结果表明:在同样的地层与锚固长度条件下,二次注浆工艺下的锚杆极限抗拔力约为一次注浆工艺时的1.1~1.3倍。当锚固长度逐渐变大时,极限抗拔力表现为非线性变大趋势,超过一定值后,一次注浆工艺的极限抗拔力缓慢增大;而二次注浆锚杆的极限抗拔力仍大幅提高。在呈硬塑状的残积砂质粘性土地层条件下,不管是一次注浆工艺还是二次注浆工艺,其相应锚杆的极限粘结强度标准值均远大于规范值。

常压储罐改造为微内压储罐的稳定性分析

本文结合某石化公司一台5000 m^(3)乙烯储罐,进行常压储罐改造为微内压储罐的稳定性分析,提出了一种不设置锚固构件的保证储罐使用安全的改造方法。

考虑液固耦联的钢制储罐的模态分析与评价

为完善钢制储罐的振型变化规律,以1.0×10^(4)m^(3)立式圆筒形储油罐为例,利用ADINA有限元软件对考虑液固耦合效应的非锚固罐和锚固罐进行模态分析,得到了储油罐液体晃动的频率和振型,并与理论计算结果进行比较,两者在数值上接近,验证了有限元模型的正确性;以液面高度、储罐的几何参数和材料属性为变量,分析了非锚固罐的罐液耦联振型和频率。结果表明:液面高度对储液晃动频率和罐液耦联频率的影响都很大。储罐的罐壁厚度、储罐的弹性模量对罐液耦联频率影响较为明显;而底板厚度、储罐的屈服强度对罐液耦联频率影响不大。

不同锚固参数岩体破裂变形特征研究

为探究在不同锚固参数条件下锚杆对深部巷道围岩拉剪复合破裂的控制作用,通过对准平面应变条件下不同锚固参数锚固体试件展开单侧临空加载试验,对比分析了不同锚固间距与锚固角度条件下锚固体拉剪破裂演化及变形特征。研究表明,水平锚固与倾斜锚固2种锚固方式均可有效提升试件的抗变形能力,对试件的变形破坏有明显抑制作用;水平锚固可以有效抑制试件张拉破裂,并在一定范围内随锚杆间距的减小抑制作用逐渐提升;倾斜锚固对试件剪切破裂抑制作用更加明显,且在倾斜锚固过程中存在最优锚固角度。此次试验为进一步展开研究提供了理论参考。

柔模沿空留巷实体煤帮张拉锚杆支护研究

古城煤矿工作面巷道采用沿空留巷设计,针对实体煤侧变形明显、扩帮工作量大等问题,以S1303辅助进风巷为工程背景,运用数值模拟,研究了不同锚杆预紧力水平对沿空留巷实体煤帮和底板变形的影响,改进了适用于实体煤帮支护的张拉式预紧力锚杆及相关装置;通过现场实验和巷道围岩变形量监测,表明巷道实体煤帮变形量明显减小,同时扩帮效率明显提高、返修成本显著降低,对类似围岩条件巷道控制具有参考价值。

锚杆锚固体与土体界面特性室内测试新方法

为了更真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性,较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力–位移(?–s)全过程曲线,自行研发了一种锚–土界面摩阻性能测试仪及相应的锚杆拉拔试样制作装置和方法。该测试仪器和测试方法简便易行,可成批模拟多种环境条件进行室内锚杆拉拔试验。利用该仪器完成了4批次27个不同条件的锚固体拉拔试验,深入研究了锚固体养护龄期、拉拔速率等因素对锚–土界面剪切强度特性的影响,提出了一种锚–土界面?–s全过程本构模型。研究结果表明:界面剪切强度在锚固体养护14 d后增长缓慢;锚杆以0.1~2.5 mm/min拉拔时,速率对剪切强度的影响不大;提出的锚–土界面模型计算曲线与试验曲线吻合良好。

填土中锚固体–土接触面剪切特性研究

自行研发了一种锚固体–土接触面剪切装置,该装置能够充分考虑锚杆的实际形状特征和剪切方向,并具有能够保证剪切过程中接触面面积不变等特点,并为研究锚杆锚固体–土剪切特性提供一种新方法。利用该装置,共完成了35个不同条件下的锚固体–土剪切试验,深入研究了法向压力、土样压实度和土样含水率等因素对锚固体–土接触面剪切特性的影响。研究结果表明:压实度相同情况下,土体含水率w大小,对锚杆抗拔力取值具有重要的影响,越接近最优含水率,越有利于接触面剪应力的发挥;土体压实度对接触面剪应力的影响十分明显,压实度越大,接触面剪切参数越大,但始终小于土体的剪切参数。

船舶拉锚试验仿真系统研究

针对船舶建造中的锚链筒设计物理状态下的拉锚试验,以某49000 DWT成品油轮为研究对象,对其进行拉锚试验仿真,验证仿真系统的科学性和可行性.该仿真系统运用Solid Works软件实现从设计、建模到仿真的一般方法,对船舶锚以及锚链等标准件建立数据库模型,导入或者建立船艏模型,然后装配,添加约束力,进行拉锚试验仿真.

一种处理加筋体结构问题的有限元分析模型

在用有限元法分析混凝土中钢筋或峒室岩体中的锚杆变形问题时,经常会遇到线单元与体单元耦合变形的问题,现有的方法一般是将锚杆或钢筋简化成桁架或梁单元,作为嵌入单元将其贡献刚度叠加到体单元的刚度矩阵中。但无论哪种简化都没有反映复杂应力状态下加强构件变形处处不均匀的特性。在总结其他学者研究的基础上,将这类问题统称为加筋体问题,并提出一种新的的有限元分析模型。模型中利用连续介质力学基本理论将加强构件的轴向变形能、扭转变形能及弯曲变形能叠加到实体单元的势能泛函中,用最小势能原理导出了一种非线性的单元平衡方程。利用该模型编制了相应的程序,并与商用软件Abaqus的计算结果作了对比分析。

膨胀管斜向器的研究与应用

为了解决常规机械开窗导斜器在使用中存在的悬挂力小、固定不牢固以及导斜面容易出现下滑等问题,研制了新型膨胀管斜向器。新型斜向器由膨胀管锚定器及导斜开窗一体化工具组成,锚定器通过密封橡胶锚定,能精确确定开窗位置和开窗方位,膨胀后压缩多个密封橡胶带,锚定力达700 kN以上,且减少了打水泥塞工序,缩短了施工周期,减少了作业施工费用。在明416井的现场试验中,101.6 mm套管悬挂器深度1 320 m,新人工井底1 714 m,投产后日产液23 m3,日产油3.4 t。

预应力岩锚内锚头周围应力场的计算方法研究

考虑小孔对应力场的影响在高吨位预应力锚固内锚头设计中具有很重要的意义 .利用有关经典解答及叠加原理提出了具有有限深小孔的半无限弹性体在孔底作用有集中荷载时应力场的计算方法 .举例说明了小孔对应力场的影响并提出了合理化建议 。

大直径GFRP抗浮锚杆蠕变试验及蠕变模型

为深入探究在长期应力作用下大直径GFRP抗浮锚杆的力学性能变化,通过施加长期荷载对GFRP抗浮锚杆进行了室内足尺试验。试验结果表明:试验锚杆在其破坏荷载的38%~45%荷载作用下才发生蠕变。通过标准线性固体模型对GFRP抗浮锚杆的蠕变规律进行分析,对刚度随时间变化曲线进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合度较好;进一步结合损伤力学理论和蠕变模型推导了GFRP抗浮锚杆的抗拔承载力,实现了GFRP抗浮锚杆长期承载力的精准预测,为GFRP锚杆在抗浮工程中的应用提供理论依据。

既有砌体结构锚栓锚固性能试验研究

选用三种常用规格的套管加强型膨胀锚栓,利用锚杆拉拔仪,测试其在既有实心粘土砖砌体中的锚固性能,为既有砖砌体结构应用后锚固技术进行节能改造奠定理论与实践基础。