Laboratory pull-out tests on fully grouted rock bolts and cable bolts:Results and lessons learned

Laboratory pull-out tests were conducted on the following rock bolts and cable bolts:steel rebars,smooth steel bars,fiberglass reinforced polymer threaded bolts,flexible cable bolts,IR5/IN special cable bolts and Mini-cage cable bolts.The diameter of the tested bolts was between 16 mm and 26 mm.The bolts were grouted in a sandstone sample using resin or cement grouts.The tests were conducted under either constant radial stiffness or constant confining pressure boundary conditions applied on the outer surface of the rock sample.In most tests,the rate of displacement was about 0.02 mm/s.The tests were performed using a pull-out bench that allows testing a wide range of parameters.This paper provides an extensive database of laboratory pull-out test results and confirms the influence of the confining pressure and the embedment length on the pull-out response(rock bolts and cable bolts).It also highlights the sensitivity of the results to the operating conditions and to the behavior of the sample as a whole,which cannot be neglected when the test results are used to assess the bolt-grout or the grouterock interface.

盾构壁后注浆窜浆模型试验及发生条件研究

全断面围岩管片壁后注浆因向开挖面方向的窜浆现象会引起盾尾空隙注浆不饱满,管片上浮、错台及开裂,螺机喷涌等事故常有发生,已经引起广泛重视。通过设计自制壁后注浆液窜浆模型装置进行试验,分析浆液性质、缝隙厚度、注浆压力差对是否发生窜浆及窜浆量的影响,并探讨了不发生窜浆的临界条件。结果表明:(1)浆液压力与窜浆距离呈线性衰减,当浆液稠度较低时,窜浆量与缝隙厚度、浆液稠度呈近似线性正相关、与浆液的剪切屈服应力呈近似线性负相关,窜浆距离与注浆压力差呈近似线性正相关;当浆液稠度增大时,以上关系将逐渐转化为非线性关系;(2)通过极差分析表明浆液的窜浆量受盾壳与岩层间缝隙厚度影响最大,注浆压力与开挖面压力差影响其次,最后是浆液本身的性质;(3)建立了窜浆临界分析模型和计算公式,得到了窜浆发生条件和判别方法,可用于指导稳定围岩地层中盾构掘进时浆液的配制。

Seismic Performance Evaluation of Improved Jet Grouted Grid Form with Horizontal Slab in Liquefaction Mitigation

A chain event of the 2016 Kumamoto earthquakes caused considerable geotechnical damage related to liquefaction in many places around Kumamoto plain. Many low-rise houses and traditional Japanese style houses, which were constructed on shallow foundation, suffered differential settlement and tilting due to liquefaction. To mitigate the building damages due to the liquefaction, a new countermeasure method of jet grout grid form with a horizontal slab is introduced in this study. The effectiveness of the proposed technique was evaluated through physical modelling and numerical modelling. As a part of the physical modelling, a set of 1 g shaking table tests for unimproved case and improved case were performed, in which the mitigation effects of the grid form with a horizontal reinforcing slab were examined based on the acceleration, excess pore water pressure ratio as well as ground settlement. Numerical simulation was also performed for assessing the effect of improved method on soil-structure interaction and building settlement during the earthquake. The physical and numerical results confirmed that the grid form with horizontal slab reinforced method is effective in settlement control and offers favorable contribution in liquefaction mitigation.

含水率影响下黄土盾构隧道壁后注浆浆液扩散特性试验研究

为了揭示黄土盾构隧道壁后注浆浆液在地层中的扩散形式和规律,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,建立含水率、渗流压力、土压力可实时监测以及扩散过程可视的模型试验系统。考虑黄土不同含水率,通过试验研究浆液扩散形式以及注浆过程中的含水率、渗流压力和土压力变化规律。研究结果表明:在相同干密度下,不同含水率对壁后注浆浆液扩散形式影响显著;含水率为10%时,浆液未发生明显扩散,浆-土形成了明显的分界面,仅分界面处的含水率发生显著变化,各分层土体土压力较大;含水率为20%和30%时,浆液扩散范围增大,各分层土体含水率均有变化,土压力和渗流压力出现了阶跃曲线,土体中形成了明显的浆脉。黄土盾构隧道壁后注浆中浆液的扩散形式主要为压密扩散、压滤扩散和劈裂扩散。

长外露锚杆无损检测技术应用研究

常规锚杆无损检测是依据一维杆体理论对锚杆注浆质量进行快速检测。对于长外露锚杆(长自由端),弹性波在外露端的多次反射严重影响锚杆长度与注浆密实度的判定。采用通截取法、辅助钢筋法和辅助套环法对长外露锚杆进行现场处理,对采集的数据进行对比分析,应用结果表明3种方法均能解决长外露锚杆无损检测难题,在某些特定条件下,辅助套环法比辅助钢筋法和截取法具有更多的优势,具有一定的推广价值。

侧部注浆对已建盾构隧道受荷变形影响试验研究

采用侧部注浆法整治盾构隧道横椭圆变形超限过程中,盾构隧道周围附加土压力及隧道变形特性暂不明晰。通过几何相似比为1∶10的缩尺寸模型试验开展了侧部注浆对已建盾构隧道的影响试验研究,试验结果分析表明:在注浆挤压作用下,将导致隧道周围的土压力在注浆点处局部增大,两边有一定程度的减小,产生了明显的水平被动土拱现象;在注浆附加荷载影响下,模型盾构隧道在注浆点附近发生了竖椭圆变形,而在离注浆点较远处则发生了横椭圆变形,且隧道发生了反弯现象;注浆过程中发生了“渗透→挤密→劈裂”扩散模式与“挤密→劈裂→渗透”扩散模式,并阐明了两种浆液扩散模式的扩散机制;隧道外壁附加荷载主要由浆液通过渗透扩散与劈裂扩散的浆液压力所形成,同时浆液挤压土体变形对隧道周围的浆液也将形成一定的挤压荷载。

脱空混凝土管道纵向力学行为及自膨胀高聚物注浆修复性能提升

为揭示脱空混凝土管道的纵向力学行为以及自膨胀高聚物外部注浆修复性能提升效果,开展了密实、脱空和高聚物修复混凝土管道现场足尺试验和三维有限元数值仿真,并通过试验结果对数值模型进行了验证。以不同管基状态下混凝土管道的截面纵向弯曲弯矩和管顶竖向位移为分析对象,讨论了脱空宽度和脱空长度对混凝土管道力学行为的影响规律,并引入纵向弯矩和竖向位移修复指数ξM和ξU,对高聚物注浆修复脱空管道的性能提升效果进行了量化表征。研究表明:脱空管道正负纵向弯矩分别分布在脱空两侧的相邻管段和接头,峰值分别位于SgL2、SgR2和SgL3、SgR3处;脱空管道纵向弯矩在SgL1和SgR1处随脱空宽度的增大而减小,其余测点处随脱空宽度的增大而增大,在整个纵向随脱空长度的增大而增大;不同脱空宽度和脱空长度管道的纵向弯矩在SgL1和SgR1以外均高于密实管道;与密实管道相比,脱空管道竖向位移和接头剪切位移的最大增幅分别为155%和230%;修复管道的纵向弯矩略低于密实管道,竖向位移略高于密实管道,纵向弯矩和竖向位移最大修复指数分别为76.5%和83.7%。

新线引入既有客运专线车站软土地基加固技术

以新线引入既有客运专线车站软土地基加固工程为依托,开展布袋注浆桩试桩研究,分析不同浆液配比布袋注浆桩复合地基加固效果,对布袋注浆桩施工工艺、质量检验进行了研究。结果表明:布袋注浆桩机械设备高度低,对既有线影响小,对于空间受限的邻近营业线地基加固工程适用性强;提高单位面积布袋质量、采用桶式钻头引孔等可解决碎石成分类填土地基应用布袋注浆桩技术时遇到的布袋破裂、塌孔等问题。浆液质量配比水泥∶水∶粉煤灰=0.70∶0.55∶0.45时桩身无侧限抗压强度平均值9.6 MPa,加固效果优于高压旋喷桩;采用低应变反射波法检测桩体完整性效果较差,工程应用中应加强桩身取芯检测。

基于离散元法的盾尾同步注浆扩散及参数优化研究

为观察盾构施工中同步注浆扩散规律,并提出注浆参数调控手段,以滨海砂土地层为目标,设计并开展盾尾同步注浆模型试验,获得隧道外侧不同位置浆液扩散规律。在借助试验结果标定离散元模型中各颗粒间接触参数的基础上,建立盾尾同步注浆连续-离散元耦合模型,模拟浆液填充渗透过程,对照试验结果分析导致注浆层厚度差异的主要原因,进而通过调整注浆参数优化浆液填充效果。结果表明:离散元仿真模型中的颗粒运移特性能够有效展示浆液在盾尾间隙及周边土层中的填充、渗透现象;受流动性影响,浆液较易在注浆孔口聚集,而若注浆压力不足,将导致距离注浆孔较远的隧道上、下侧浆液层均匀性不良,通过调整不同部位注浆孔压力配比关系,可有效改善填充效果;注浆层受土层压力影响,隧道上方厚度相对下侧较薄,而侧面浆液在自身重力作用下向下沉积,呈上薄下厚分布。

不均匀卵石持力层桩端后注浆效果试验研究

我国东南沿海尤其是温州地区广泛存在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的地层。该区域的钻孔灌注桩常采用后注浆技术改善其承载性能。为了评价后注浆技术对这类地层中灌注桩承载力改善效果,开展了相应的模型试验,对比了不同注浆量对桩承载力的影响程度;并结合扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析了浆液分布特点,探讨了浆液在卵石层中的扩散范围,研究了浆液扩散范围与桩承载力之间的关系。结果表明:浆液能够有效地填充桩端卵石层,注浆量的增加使得填充范围扩大,填充范围为3~4倍桩径时,桩的承载力改善最显著。在不均匀卵石持力层中存在一个最优注浆量,最优归一化注浆量约为2.8,若超过该最优注浆量归一化值,桩的承载力不再显著提高。单桩模型试验确定的最优注浆量与刘金砺公式[1]的预测结果接近。扫描电镜技术有助于评价桩的后注浆技术在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的土层中的效果。

PAM高聚物顶管用浆液扩散深度分析

注浆减阻作为顶管施工中的一个重要环节,减阻效果直接影响顶管工程的质量。为研究顶管用减阻泥浆的扩散机理,选用PAM作为泥浆外加剂,利用正交试验、流变特性试验确定泥浆的最优配比和流体性质。基于广义达西定律和相关流体力学理论,推导了PAM高聚物顶管用浆液在砂土地层中的渗透扩散深度计算公式。结合海口美兰机场二期外排水4#~5#井顶管工程,对比分析了是否考虑浆液自重两种条件下注浆压力、地层渗透系数和地下水压力对浆液渗透扩散深度的影响。结果表明:PAM顶管用浆液的最优配比为:纳基膨润土:纯碱:PAM:水=9%:1.3%:0.13%:89.57%。浆液流型符合有屈服值的幂律流体;浆液在砂土中的扩散深度随初始注浆压力、地层渗透系数的增大而增大,随地下水压力的增大而减小。

压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

Explicit reinforcement models for fully-grouted rebar rock bolts

This paper investigates the explicit use of rock reinforcement in a discontinuous stress analysis model.A series of numerical experiments was undertaken to evaluate the performance of local and global reinforcement models implemented in universal distinct element code(UDEC).This was made possible by calibrating the reinforcement models to the laboratory behavior of a fully-grouted rebar bolt tested under pure pull and pure shear loading conditions.The model calibration focuses on matching different loading stages of the force-displacement curve including the initial elastic response,the hardening behavior and the bolt rupture.The paper concludes with a discussion on the suitability of the different reinforcement models in UDEC including their advantages and limitations.Finally,it addresses the choice of input parameters required for a realistic simulation of fully-grouted rebar bolts.

600 MPa级钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究600 MPa级钢筋套筒灌浆连接性能,设计制作了24个钢筋连接接头试件,并进行单向拉伸试验。研究结果表明:增大钢筋锚固长度、增加套筒环肋数量、提高灌浆料强度,均可提高接头的极限荷载,减小残余变形。当钢筋锚固长度为8 d、套筒环肋数量不少于4道时,进一步增加了套筒环肋数量,对接头抗拉强度的影响较小,但仍可较明显地减小接头残余变形。对于22 mm的600 MPa级钢筋套筒灌浆连接,建议钢筋锚固长度不小于8 d,套筒每端环肋数量不少于5道,灌浆料抗压强度宜不小于80 MPa。

裂隙面起伏形态对注浆固结体剪切力学特性的影响

为研究裂隙面起伏形态对裂隙岩体注浆加固后剪切力学特性的影响,首先,通过3D打印技术生成不同起伏形态的裂隙模型,并采用类岩石材料浇筑成型,然后,对裂隙岩体进行注浆加固,最后,对含不同类型裂隙的注浆固结体进行常法向荷载直剪试验。结果表明:锯齿形固结体的剪切强度最大,波浪形次之,平直形最小;随着法向荷载的增加,平直形固结体的剪切强度增幅最大,波浪形次之,锯齿形最小。剪切过程中,平直形固结体仅发生沿浆-岩界面的剪切破坏;波浪形固结体的浆-岩界面在加载初期发生剪切破坏,随着浆脉与岩壁的啮合程度降低,剪切破坏面逐渐向浆脉和岩体的内部发展,而锯齿形固结体的剪切破坏面出现在浆脉和岩石内部。

波纹管通孔柱的抗震性能及承载力分析

针对波纹管通孔柱的抗震性能及承载力是否能够达到“等同现浇”的问题,通过拟静力试验分析波纹管通孔柱试件(包含1个无缺陷柱和1个含有30%灌浆缺陷的预制柱)的滞回性能、骨架曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力等各项抗震性能指标,给出波纹管通孔柱的承载力计算公式。拟静力试验表明:波纹管可以产生有效的环向约束作用,波纹管通孔柱可达到“等同现浇”的要求;波纹管内含30%及以下的灌浆缺陷会削弱预制柱的抗震性能,但影响较小;波纹管通孔柱承载力公式计算结果与试验结果较吻合。该研究可为波纹管通孔柱在装配式结构领域中的应用及相应规范的编制提供一定的理论依据。

新型波纹管连接方钢管混凝土拼接柱抗震性能试验研究

为研究一种新型波纹管连接方钢管混凝土拼接柱的抗震性能,以不同节点配筋率、不同节点锚固长度和轴压比为主要研究变量,对1个整浇柱和4个装配柱进行低周往复加载试验。研究分析了整浇柱与装配柱在破坏模式、滞回性能、位移延性等方面的抗震性能差异。结果表明:装配柱与整浇柱破坏模式类似,采用不同节点构造的装配柱与整浇柱在滞回曲线、骨架特性和刚度退化等方面差异不大,装配柱的耗能性能优于整浇柱。各装配柱极限位移角为1/16.7~1/25,满足规范设计要求。在较大轴压比下,装配柱的承载力提升,延性降低。在较大位移角下,装配柱节点抗震性能受焊缝质量的影响较大,建议实际工程中加强焊接质量管理,以保证构件具有足够的变形能力。

工字钢新型快速套接装置的研制

为适应不同中小跨径桥梁的抢修需求,提出研制工字钢新型套接装置实现工字钢的快速接长,明确了套接装置总体结构和承载要求,自此基础上设计了套接装置的三种连接方式,基于足尺模型试验探究快速套接装置连接工字钢的最优方式。研究结果表明:相较于注胶连接、灌浆连接,套接装置采用“预留开槽+现场槽孔塞焊”的连接方式,既可以保证其具有不低于工字钢的承载力,又能实现不同跨径应急钢桥的快速连接。

预制剪力墙震损修复抗震性能试验研究

中国现阶段以及未来将存在较大数量的装配式建筑,装配式建筑的抗震韧性成为研究热点。该研究针对抗震韧性中的震损修复问题展开研究,以灌浆套筒连接预制剪力墙为研究对象,参照现有现浇构件的震损修复方法,考虑初始灌浆缺陷对预制剪力墙震损特征的影响,对两个震损预制剪力墙进行了严重损伤状态下的修复。随后进行了拟静力试验,并与现浇剪力墙的抗震性能进行了对比。试验结果表明:现浇构件中常用的置换混凝土加固法同样适用于震损预制剪力墙构件,尽管钢筋屈服前混凝土的裂缝开展与现浇试件存在一定差别,但修复后的试件也呈现出了弯曲破坏模式;修复后试件的承载力、变形能力和耗能能力与现浇试件基本一致,灌浆缺陷虽然会影响预制剪力墙构件的震损模式,但对震损修复后的试件的抗震性能影响较小;采用现有置换混凝土加固法修复震损预制剪力墙,基本可实现与现浇剪力墙构件一致的抗震性能。该研究的成果可为灌浆套筒剪力墙构件的损失后果函数研究以及该类结构的抗震韧性设计方法研究提供重要参考。

采用钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩抗震性能研究

为分析钢管榫卯节点连接构造对节段预制拼装桥墩抗震性能的影响,以福建省某互通立交桥匝道桥为背景进行研究。首先进行钢管榫卯节点连接的足尺节段预制拼装桥墩试设计,采用MIDAS Civil软件建立实桥模型,对试设计的足尺节段预制拼装桥墩开展静力承载力验算;然后按1∶3.75比例缩尺,设计、制作1根整体现浇桥墩(RC)试件和1根钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩(PSBP-MTJ)试件,开展拟静力试验;最后对比分析两试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线与延性、累积滞回耗能、刚度退化与残余位移。结果表明:两试件的破坏模式类似,均为整体压弯型破坏,PSBP-MTJ试件塑性铰区因墩底灌浆套筒的存在而上移;两试件滞回曲线饱满无捏缩,耗能能力相当;PSBP-MTJ试件水平承载能力较RC试件提高约19%;PSBP-MTJ试件的拼装节段之间无剪切滑移出现,预应力筋延缓了其刚度退化,显著提高了其自复位性能,其残余位移仅为RC试件的67%,且残余位移与最大位移比值显著小于未采用无粘结预应力筋连接试件。