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。

基于剪滞理论的纤维应力分布分析

探讨拉压过程中纤维与基体之间的应力,利用弹性力学基本理论,根据Cox剪滞模型,推导轴向力和剪切力理论数学公式。在推导过程中,将径向力考虑在内,同时纤维与基体间的应力传递过程需要通过剪切应力来实现,最终求解轴向力,对轴向力和剪切力的分布作图并进行详细分析。最终发现径向力存在的情况下,最大剪应力有所降低,降低幅度达5.25%,最大轴向力有所提升,提升幅度达3.76%。同时,在拉伸过程中发现纤维两端出现了最大剪应力,而最大轴向力出现在纤维中心处。

基于盒维数与锚杆无损检测技术的杆体应力波特性研究

为了研究复杂岩层中剪切力与轴向载荷对反射信号特性的影响,将分形维数中的盒维数与应力波特性参数应用到锚杆无损检测之中。通过在锚杆自由端中间加载不同大小的集中载荷,分析了同一试件上加载不同的动态载荷力与不同试件加载不同剪切力对应力波特性的影响。使用MATLAB软件对检测信号进行盒维数计算,研究在不同情况下的盒维数变化规律;对检测信号幅值、有效值、标准差、幅频进行分析,判断其信号强度及其规律。研究结果表明:随着锚固结构轴向载荷与锚杆自由端剪力的逐渐增加,信号强度逐渐减弱;剪切力大小影响锚杆的极限承载能力,随着剪切力的逐渐增大,盒维数会不断增加,锚固结构的极限承载能力也会增加;随着轴向载荷的不断增大,盒维数先增大后减小,在盒维数最大值处锚固结构失效。

高轴压比下预制桥墩承插式连接力学行为试验研究

为研究高轴压比下预制桥墩承插式连接的力学行为,通过轴压性能试验,研究连接的受力失效机制,明确影响连接轴压强度的关键设计参数,分析侧剪应力分布与极限值,提出承插式连接侧剪应力计算与墩柱承插深度设计方法。结果表明:采用墩柱表面粗糙化处理的承插式连接轴压强度满足桥墩设计荷载要求;承插式连接轴压强度随墩柱承插深度的增大而增大,且强度增量与承插深度增量呈近似线性关系;承插式连接有效承插深度为总承插深度的2/3,且在有效承插深度内,侧剪应力呈均布状态;随着墩柱表面粗糙度的增大,承插式连接的极限侧剪应力得到显著提升,但当墩柱表面粗糙程度达到6 mm以上时,极限侧剪应力不再提升;根据试验与理论分析结果,提出波纹型墩柱表面极限侧剪应力及满足轴向承载力要求的承插深度计算公式。

机身壁板内压剪切联合加载试验研究

机身壁板联合加载试验技术是飞机结构强度研究的重要内容,为揭示内压剪切联合载荷作用下机身壁板承力特性,采用D夹具模拟机身壁板边界条件,通过充气的方式施加内压载荷,通过扭转单闭室盒段的方式施加剪切载荷,并完成了内压试验、剪切试验和内压剪切联合试验。试验实测应力与理论结果吻合良好,试验显示内压剪切联合试验机身壁板蒙皮的应力水平和应力分布是内压试验和剪切试验机身壁板蒙皮应力水平和应力分布的叠加。但由于内压载荷作用下机身壁板外法线方向变形和剪切载荷作用下机身壁板内法线方向变形的叠加,导致内压剪切联合试验中蒙皮的实测应力与理论应力的误差较单独载荷试验的误差增大,应力分布精密度也变差。

岩溶地层地铁车站基坑长锚索锚固力计算方法研究

岩溶地层溶洞必然影响基坑长锚索的锚固力,进而影响基坑的稳定性。文章基于弹性阶段线性函数建立锚固体与孔壁界面的剪切滑移本构模型,采用荷载传递函数法考虑了溶洞与非溶洞分界处的变形协调关系,提出了岩溶地层车站基坑长锚索锚固力的计算方法,进而分析了岩溶地层长锚索锚固力的影响因素及规律,以供参考。

全长黏结玻璃纤维增强聚合物锚杆破坏机制拉拔模型试验

玻璃纤维增强聚合物是一种由树脂基体和玻璃纤维复合而成的新材料,具有抗拉强度高、耐腐蚀、自重轻等优良特性,其取代钢筋用于岩土工程的趋势在逐年增长,玻璃纤维增强聚合物锚杆也是一种新的正在探索的应用形式。为研究玻璃纤维增强聚合物锚杆用于永久加固工程的可行性,需要在玻璃纤维增强聚合物筋材的抗拉、耐腐蚀、蠕变性能等方面进行系列试验,通过拉拔模型试验的方法研究全长黏结玻璃纤维增强聚合物锚杆结构的破坏机制。共设计制作3个锚杆结构模型,进行3次2个构件的并行破坏性试验,根据试验发生的现象和分析试验测试数据得到的结果,肯定玻璃纤维增强聚合物锚杆拉拔试验模型的合理性,说明砂浆体强度与锚杆的应力传递深度的关系,指出玻璃纤维增强聚合物螺纹锚杆剪应力的峰值特征和随荷载增加的变化趋势,结合砂浆体内的应力分布特征,充分论证玻璃纤维增强聚合物螺纹锚杆结构的可能的破坏形式和破坏机制,在砂浆体强度较高的情况下,可能发生锚杆的拉断破坏,也可能发生剪切破坏,轴向拉应力先达到锚杆的抗拉强度则会在自由段发生拉断破坏,最大剪应力先达到纤维丝的抗剪强度则会在锚固段内先发生剪切破坏。

岩石锚杆锚固段荷载分布试验研究

岩石锚杆锚固段荷载分布规律是岩土锚固技术的关键问题之一。在拉拔试验锚杆杆体测点应变数值采集的基础上,利用复合幂函数和高斯函数对实测数据进行曲线拟合,获得了临界破坏状态下的锚固段轴力及剪应力分布情况。试验结果表明:岩石锚杆锚固段剪应力的分布集中在锚固段的前部;高斯函数可以较好地描述临界破坏状态下锚杆杆体的轴力分布;界面破坏出现在界面峰值抗剪强度远大于界面所能提供的黏结强度情况下。研究结果为锚杆的设计与计算提供了理论依据。

考虑轴力分布的全长粘结锚杆受力分析

为了更合理地模拟锚杆的实际工作状态,对全长粘结锚杆的工作状态进行了一定的假设,结合荷载传递分析方法和弹性力学Kelvin问题的解,推导出了剪应力沿锚杆长度分布的计算公式,由此可清楚地看出影响锚杆剪应力分布的各因素。结合算例讨论不同计算模型推导的锚杆剪应力分布特点。结果表明,推导出的剪应力计算公式符合大部分学者提出的锚杆工作规律,同时,与仅考虑轴力为恒定值所推导的计算公式对比,考虑了轴力分布作用后计算的剪应力最大值和分布范围都比较小,该计算公式可供锚杆的优化设计及进一步的研究参考。

边坡力的分布特征和稳定性分析

边坡在渐进破坏过程中,力的分布和稳定性分析是值得研究的。针对推移式和牵引式边坡,分别提出了5种破坏机理,根据边坡现状特征,提出了5种推移式边坡形式;定义了破坏方向,边坡渐进破坏的特征是处于峰值应力状态的地质材料,遵循材料的破坏规律,且一步一步向前移动,一点一点发生破坏;在破坏区,沿滑面的下滑力大于摩阻力,在临界状态,材料所承受的应力达到最大值,且矢量和等于零,在稳定区和欠稳定区下滑力等于摩阻力;在整个滑面,其压力等于反力。对于条块分析,边坡渐进破坏过程中,发生剪破坏时,临界状态存在力平衡,发生拉破坏状态时,存在力矩平衡;两种破坏形式在临界状态均是应力达到材料的极限值,且矢量和为零。提出了抗滑防护措施的刚性、柔性和刚柔性设计,并指明了相应的设置位置;定义了破坏率、破坏比、破坏面积比、力学破坏和工程破坏,并以此评价边坡的破坏程度。分析了力在边坡渐进破坏过程中的规律,提出了传统基于摩阻力和下滑力之比的稳定性系数定义是值得商榷的。并以实例证明主推力法(或主拉力法)、综合位移法、富余位移法和拉破坏法是可用于工程实践的。

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。

深基坑预应力锚杆锚固段应力分布规律与应用

基于凯尔文问题的位移解,推导了用于深基坑支护中的预应力锚杆锚固段剪应力与轴力的分布规律。对岩体与土体两种不同介质条件下预应力锚杆的受力分析表明,不同岩土体介质条件下,预应力锚杆破坏方式不同,要以最薄弱环节作为锚杆设计控制标准;锚杆剪应力沿锚固段呈对数螺旋曲线型分布,最大剪应力往往发生靠近锚固段初始位置处;锚杆轴力沿锚固段逐渐衰减,单纯通过提高锚固段长度来增加锚杆的极限拉拔力有一定的限度。通过对一工程实例的理论与试验对比分析,其弹性范围内的理论解与试验数据基本相吻合,从而为预应力锚杆的设计提供了理论依据。

根系形态和层次结构对根土复合体力学特性影响研究

植物根系的结构特征包括形态和层次结构,对根土复合体力学特性影响显著。通过开展黑麦草生长参数测试及直剪试验,获得了不同时期根土复合体的力学特征;采用自主研发的MechRoot程序建立了符合黑麦草根系结构特征的根土复合体模型,研究黑麦草不同形态和层次结构根系在直剪过程中的轴力水平以及占比情况,阐明了根系形态与层次结构对根土复合体力学特性影响及固土作用机理。研究表明:植物根系能明显提高土体的强度,根土复合体的抗剪强度增加主要是由黏聚力增加引起,增幅最大达4.99 kPa;随根系形态复杂程度增加,剪切过程中根系能够调动更大范围土体抵抗剪切变形,根系周围的剪切带和塑性区分布范围不断增加,并向根系周围集中,根土复合体的抗剪强度提高;根土复合体剪切过程中,各层次根系发挥作用逐渐变化,一级根、二级根、三级根的轴力水平分别为3.87,1.50,0.15 N,随根系生长发展,二级根、三级根参与到根系固土作用的比例不断增大,最大贡献分别为43.69%,13.80%。

混凝土中锚杆荷载传递机理的理论分析

根据M ind lin的位移解推出的锚杆剪应力沿埋深方向的分布函数建立了锚杆荷载传递的微分方程,获得了锚杆轴力沿埋深方向的分布规律,并且对一个实例进行了分析,弹性范围内的理论解与试验的数据吻合较好.

预埋件受剪性能数值分析

预埋件的抗剪机理复杂,很难通过试验和理论计算确定预埋件的内力分布和应力大小,通常是在一定的简化与假定基础上,对试验结果统计回归得出预埋件的抗剪计算公式来进行计算.为更精确得到抗剪承载力,建立有限元模型对预埋件的受剪性能进行数值计算,锚板、锚筋与混凝土的相互作用通过三维面-面接触来模拟,并考虑了混凝土对锚筋的粘结作用.通过数值分析得到了剪力作用下预埋件的应力分布和锚筋的截面内力,确定了锚筋反弯点的位置和混凝土的承压范围.有限元计算得出的预埋件抗剪承载力与试验实测值很接近,说明所建立的有限元模型是比较合理的,数值分析的结果可以运用到理论分析和实际工程中.

数值模拟法确定锚固段长度

为了准确地确定锚固段长度,满足锚索工程的设计与施工。运用数值模拟方法来计算锚固段剪应力和轴力的分布规律,从而进一步确定锚固段长度。模拟结果显示：锚固段剪应力分布曲线基本呈指数函数形式分布;而锚固段轴力在始端较大,并向末端迅速衰减。对于小湾电站片麻岩质边坡预应力锚索（1 000~2 000 kN）来说,其锚固段长度初步确定为：2.5~4.5m。

宜兴抽水蓄能电站地下厂房锚杆承载力现场试验研究与计算方法

简要介绍了一次大型洞室锚杆支护设计现场拉拔试验的研究成果,内容包括所采用的拉拔试验方法和主要试验结果。给出了锚杆体轴应变测试方法及其测试结果、岩体层面夹角对锚杆受力状态的影响、岩体表面及杆端位移特征、锚杆注浆体与孔壁之间的粘结力等试验结果,并根据试验结果提出了锚杆承载力峰值剪应力计算方法。与传统方法相比,所提出的方法建立在现场试验测试结果基础上,计算中考虑了锚杆体上剪应力不均匀分布的特点,锚杆长度按张拉段与锚固段之和计算,锚杆承载能力按杆体上的峰值剪应力计算,计算结果可较好地反映锚杆的实际受力状态。

拉力型锚索锚固段剪应力分布的高斯曲线模式

拉力型锚索、锚杆之锚固段的剪应力是非均布的 ,剪应力分布曲线是以 0为渐进线的单峰曲线。对不同工程类型的锚索、锚杆的实测数据的拟合表明 ,用三参数的高斯曲线来描述锚固段剪应力分布曲线较为贴切 ,并导出了曲线的极值、拐点、积分等特征值 ,讨论了锚固段的有效长度及其安全储备。

拉力分散型锚杆应力分布特性对比试验研究

针对自由段及锚固段长度相同的普通拉力型锚杆及拉力分散型锚杆,设计并进行了对比张拉试验。采用在各锚杆锚固段粘贴电阻应变片的方式,获得锚杆锚固段轴力及摩阻应力在整个张拉受力过程中的分布状态及变化趋势。试验结果表明,相比普通拉力型锚杆,拉力分散型锚杆可以显著改善锚固段受力状态。砂性土中锚固段长度为16m的普通拉力型锚杆,随着张拉荷载的不断增加,杆体轴力能够逐步传递至锚固段末端,但锚固段末端利用效率相对较低,而拉力分散型锚杆锚固段轴力分布状态较普通拉力型锚杆有较大改善,直接传递至锚固段后端的轴力更大,且分布更加均匀。但由于拉力分散型锚杆长锚索单元自由段的自由度未能完全达到设计要求,其传递至锚固段的轴力存在一定损耗。

压力型锚索原型试验及应力分布规律研究

依托实际工程,开展压力分散型预应力锚索的锚固应力测试研究,测试结果表明:对于两级间距2 m的承载体而言,黏结应力影响范围大致分布在距锚固段底部5.0 m左右,且此范围随所受荷载大小变化很小;与黏结应力分布一样,轴力分布也有2个峰值,分别在2个承载体外荷载作用的位置,影响范围集中在距锚固段底部4.8 m左右。实测对比计算成果,变化趋势基本吻合,反映了注浆体应力应变分布的真实规律,可为今后类似锚固工程提供参考。