土质边坡锚杆受力特性模型试验研究

针对滇黔地区的风化玄武岩土质边坡情况,进行边坡锚杆室内模型试验。分别对单根锚杆的应变分布曲线,同列锚杆在坡面、滑面及锚固段末端处的应变曲线,以及坡面渗水前后、不同加载量级的锚杆应变分布曲线,固定拉拔力下不同锚固长度锚杆的荷载位移情况进行了分析。结果表明,锚杆应变沿杆长呈中间大、两端小的曲线分布,而锚杆变形较多集中在坡顶以下的第一排,且坡脚和坡顶的应变比其他部位要大,更容易被破坏。加荷初期锚杆应变出现负值,表明锚杆是以拉应力为主的拉压弯复合构件。     

锚杆锚固质量电磁法检测的理论研究

近年来,锚杆锚固技术正在世界各地的隧道、采掘、高边坡和深基坑等工程支护中得到广泛应用。目前锚杆锚固质量的研究主要集中在以应力波法为主的无损检测方法,但该方法还要进一步研究以解决应力波信号变弱甚至消失的问题。电磁法是另外一种新的无损检测方法。对工程锚杆加载恒定电流时建立物理模型,通过电像法、欧姆定律和安培环路定理计算出了通电锚杆以及出现空锚时通电锚杆周围的电流和电磁场分布,得到了锚杆长度及锚固质量状况与检测磁场间的函数关系式。据此数值模拟出了几组相对磁感应强度曲线,进一步提出,对磁感应强度归一化曲线进行计算机拟合反演,可望检测出空锚段比例和空锚段的位置,从而为电磁法检测锚固质量提供了理论依据。     

压力型锚杆锚固力学性能试验研究

对不同锚固参数(锚固深度、灌浆配合比)下的压力型锚杆进行拉拔试验,从而得到压力型锚杆的荷载位移曲线。在锚固体表面开槽并埋置应变测试元件,获得受力过程中锚杆的轴向、径向应变分布规律,并且通过换算获得锚固段界面上的剪应力分布规律。理论分析与试验数据研究表明,压力型锚杆在受荷过程中剪力峰值具有不断向近端传递的特点,使其具有良好的延性。     

岩石锚杆界面滑移破坏的DEM数值模拟

锚固体与岩体之间界面滑移破坏是锚固系统失效的主要形式之一,开展岩石锚杆界面力学特性和破坏机制研究具有重要意义。基于岩石微观胶结接触模型,采用颗粒离散元(DEM)模拟了岩石锚杆的拉拔试验。首先分析了荷载-位移关系、轴力分布和界面剪应力分布规律,然后通过胶结破坏点的数目和组构研究了锚固段界面的微观破坏机制。主要结论有:模拟的荷载-位移曲线与室内试验结果基本一致;拉拔峰值荷载随锚固长度的增加而增大,界面平均粘结强度随着锚固长度的增加而减小;拉拔荷载值达到峰值后,锚固段界面产生渐进破坏;锚固段破坏在宏观上表现为界面滑移,在微观上主要表现为界面处的胶结拉伸破坏和沿轴力方向的微裂纹扩展。研究成果对开展岩石粘结锚杆的界面力学特性和破坏机制研究以及正确指导工程实践具有重要意义。     

拉力型锚杆锚固力学性能试验研究

对不同锚固深度、灌浆配合比、孔径的锚固体进行了拉拔试验。对锚固体的承载能力及破坏形态进行了深入分析,并利用实时采集数据分析了锚固体拉拔荷载下的P-S曲线。结果表明,锚固力的大小与锚固长度有关,但并不是成比例关系,当锚固长度达到一定值时,再进一步增加锚固长度对锚杆承载力的增加效果是有限的;锚杆承载力的大小与灌浆体的力学特性有关,具体表现为,在一定范围内通过提高灌浆体的强度有助于增大锚杆承载能力;锚杆锚固效果与锚孔孔径有一定的相关性,增大锚孔孔径在一定程度上有助于增大锚杆承载能力。     

重力式码头抛石基床压缩特性和变形参数试验研究

通过对重力式码头抛石基床的块石体进行原型尺度的压缩试验,研究其压缩特性和变形参数。在钢料筒中随机抛填10～80 kg块石,分级施加压力荷载,观测块石的破碎现象,测试块石体的荷载-压缩量曲线及钢料筒的环向应变,结合有限元分析,得到块石体的应力-应变曲线及变形参数。对5组不同初始孔隙比和级配的块石体试样进行了往复加卸载的压缩试验,结合试验现象和测试数据,分析了块石体的颗粒破碎特性、压缩特性和孔隙比变化特性。块石体的泊松比参数介于0.2～0.3之间,其压缩模量参数与加载次数有关,可分为一次加载、二次加载和多次加载的三个压缩模量参数。重力式码头抛石基床中块石体的应力-应变曲线可以以不同加载次数的历史最大应力为分段点,分段选取对应的压缩模量参数来分段线性表达。     

龙滩水电站地下厂房生产性荷载试验对岩锚梁的影响分析

以龙滩水电站地下厂房岩锚梁为研究对象,利用同步监测成果,分析了生产性荷载试验对岩锚梁锚杆应力、梁体内部钢筋应力和压应力以及梁体与围岩接触变形的影响。试验结果表明:岩锚梁梁体与围岩间的变形较小,岩锚梁在加、卸荷过程中处于弹性变形;静力荷载对岩锚梁锚杆的拉、压应力影响较大,应避免重物在岩锚梁上长期停留。     

高聚物锚固体与土体黏结特征试验与数值模拟

针对高聚物锚固体与土体相互作用机理认识不足、黏结强度参数不完善的问题,采用中心拉拔的大比尺模型试验,测试了低密度(0.11~0.13 g/cm~3)高聚物锚固体与土体间的黏结特性,获得了锚杆加载端的荷载-位移曲线以及锚杆轴力、界面黏结力的分布规律,得出了低密度高聚物锚固体与不同状态土体的黏结强度值;从细观力学角度出发,采用颗粒流软件(PFC2d),建立了锚杆杆体-高聚物锚固体-土体的三相锚固体系数值模型,对拉拔荷载作用下高聚物锚固机理进行分析,通过和模型试验结果的对比,验证了数值模型的合理性,并重点探讨了土体应力和孔隙率的变化规律。试验结果为高聚物锚固注浆设计及应用提供了参数依据,颗粒流模型为高聚物锚固机理的细观尺度研究提供了一种可行的手段。     

高边坡预应力锚索特征荷载现场试验研究

预应力锚索的特征荷载包括锚索工作荷载与极限荷载,是判断锚索锚固效果的重要依据。基于6组预应力锚索原位拉拔破坏试验,依据拉拔荷载-位移全过程增量曲线研究预应力锚索荷载传递机制,提出了预应力锚索特征荷载的判定方法。研究表明:锚索受力全过程分为外锚段紧固、外锚段拉拔、自由段拉拔、锚固段滑移4个阶段;锚索工作荷载以锚索自由段拉拔阶段转折区间为基础,取其区间中值;锚索极限荷载以拉拔曲线增量位移陡增点为依据,为单级增量位移3 mm左右对应的荷载。最后建立锚索拉拔试验数值模型,分析了在位移陡增点前后两级拉拔荷载下锚索-注浆体、锚固耦合体-岩层界面锚固段剪应力分布规律,验证了所提出的极限荷载位移判据的准确性。     

海上风力发电伞式吸力锚基础承载规律试验分析

为了考察新型海洋伞式吸力锚基础(USAF)在不同载荷环境下的工作特性,通过室内土箱试验设计了3种加载方案:水平静力加载、水平循环加载和静力抗拔试验,在黏质粉土模拟海床中较系统的研究了海洋USAF基础的承载特性和锚土相互作用规律。水平静力加载试验中重点分析了分级加载后锚体荷载位移变化规律,绘制了荷载位移归一化曲线用来判别锚体正常工作状态下的极限水平承载力。水平循环加载下,拟合了土体塑性累积变形与循环周次的关系式,模拟了USAF在波浪低频荷载和一次风暴潮作用后的锚体变位响应。静力抗拔试验中,发现并阐述了锚体在上拔过程中的"分段现象",运用动力学原理建立了一种确定USAF基础最大抗拔荷载的搜索方法,并比较了锚体上拔过程中上拔加速度,主筒负压值与上拔荷载的关系,试验结果对USAF基础的工程具有指导意义。     

基于Mindlin解的自锚试桩Q-s曲线研究

文章在Mindlin应力解基础上结合分层总和法,于变形计算中引入地基修正变形模量,考虑地基土体的非线性变形,推导了计算自锚试桩上、下段桩加载在地基中引起变形的公式。采用该方法对自锚试桩室内试验分析,结果表明：采用未修正变形模量计算得到,变形量仅能反映荷载低于承载力特征值阶段的Q-s曲线变化规律,修正变形模量后的变形量能较好地反映试桩加载至塑性破坏阶段的Q-s曲线变化规律,可为自锚试桩Q-s曲线向传统抗压桩Q-s曲线的转换提供新途径。     

饱和粉砂土中压力分散型锚杆摩阻力试验

针对苏南运河镇江某段饱和粉砂土中压力分散型预应力锚杆设计参数选取困难的问题,利用破坏性试验,通过锚固体中埋设的应变计得到锚杆应力分布,进一步推算锚固体侧土体摩阻力分布规律.试验结果表明,各锚固体单元最大应力出现在承载板附近,短索锚固体应力分布与中索相似,并超过长索锚固体应力29%.因此,增加长索的补偿荷载可保证各单元锚索预应力的均匀性.该地区土体极限摩阻力值在48.84~56.77 kPa之间,平均为53.09 kPa.设计张拉力作用下,摩阻力值在19.98~29.14 kPa之间,平均为24.86 kPa.     

基于应力波法的锚杆(索)锚固质量动力检测数值模拟研究

锚杆(索)大量应用于边坡工程加固,为保证锚杆(索)发挥作用,一般采用应力波法对其锚固质量进行检测,检测的2个主要指标是:锚杆(索)长度和缺陷段的位置。为此,在ANSYS/LS-DYNA中建立锚固体应力波动力分析模型,将小锤对锚杆(索)的敲击作用等效为小锤按一定激发速度v₀与锚杆(索)的碰撞,并在锚杆(索)端头断面中点采集应力波信号。经算例与理论研究成果对比,验证了数值模型的可行性,同时,分析了小锤弹性模量和激发速度v₀的取值对应力波信号的影响,研究了应力波法判别缺陷段位置的准确性,及对比了端头激发与端头和底端同时激发这2种方式在锚杆(索)质量检测中的适用性。研究结果表明:①小锤弹性模量的增大仅对初始应力波信号有增强作用,对经锚固体底端一次反射回的应力波信号影响不大,而小锤激发速度v₀的增大对初始和经锚固体底端一次反射回的应力波信号均有利,且与后者成线性比例关系;②应力波法对锚固体缺陷段位置的判别较为可靠,且缺陷段越饱满判别准确性越高; ③端头和底端同时激发方式缩短了反应锚固体断面变化处和底端位置的应力波信号时间,因而有利于工程应用。     

基于界面本构模型的锚杆张拉受力分析

为明确锚杆拉拔过程的受力情况,引入2种考虑残余强度的锚固界面软化本构模型,并分析了模型参数的具体物理意义。从锚杆的荷载位移现场实测数据出发,通过2个工程实例,基于粒子群优化算法反演模型参数,并利用反演得到的界面模型参数,通过荷载传递微分方程进行正分析,对不同张拉荷载下锚固体的轴力以及界面剪应力分布进行预测。预测结果与试验数据吻合良好,证明了引入模型的合理性以及反演方法的可行性。同时分析了锚杆张拉时的受力变化过程,拉拔过程中,锚杆锚固段剪应力分布由一条最大值在张拉端的单调曲线演变为一条单峰曲线且峰值不断向远端传递。研究成果可为锚杆的设计与施工提供一定的参考。     

基于三维有限元法的地下厂房岩锚吊车梁稳定性研究

以双江口水电站地下厂房岩锚吊车梁为研究对象,采用三维有限元法研究施工期及运行期各种荷载作用下回填混凝土、围岩位移、应力分布规律及锚杆的受力状态,揭示了地下厂房中下部开挖以及运行期荷载组合对岩锚吊车梁及附近围岩局部变形、稳定性的作用和影响。计算结果表明,岩锚吊车梁混凝土与围岩接触面具有足够的安全储备,锚杆具有足够的锚固力,从而论证了双江口水电站地下厂房吊车梁结构设计参数以及锚杆的支护方案是可行的。     

不同保护层厚度下微锈蚀钢筋混凝土粘结性能梁式试验研究

采用稳压恒流电源对钢筋进行加速锈蚀,通过法拉第定律控制锈蚀量,对微锈蚀钢筋混凝土梁式试件进行粘结性能试验研究,并依据试验结果开展理论分析。试验测量了试件角部的钢筋和底边中部的钢筋在不同保护层厚度下的钢筋各点的应变,由测得应变,通过微段平衡求解出各测点的粘结应力。根据各测点的粘结应力拟合出粘结应力沿整个锚固长度的变化曲线。并结合试件自由端的荷载－滑移曲线分析保护层厚度、钢筋位置、锈蚀程度对试件粘结性能的影响。试验结果表明,钢筋的轻微锈蚀提高了试件的极限粘结强度,但使粘结应力沿锚固长度的分布更不均匀,降低了锚固长度的利用率;另外,位于梁底中部钢筋的粘结强度要高于位于梁底角部钢筋,同时,保护层厚度的增加有利于粘结强度的提高。     

江垭地下主厂房岩锚梁安全性态分析

江垭地下主厂房岩锚梁为一钢筋混凝土悬臂梁,由4排钢筋锚固在边墙上,设计承载能力400 t.为了解岩锚梁的安全可靠性,施工初期在上、下游梁体及其周边围岩中布置了8个监测断面,用以监测梁体内的锚杆应力变化;根据施工期对其变形、锚杆的受力及梁体与岩壁间的缝面开度等监测成果及荷载试验数据,对岩锚梁安全性态进行分析,认为岩锚梁工作正常,承载能力符合设计要求.     

江垭地下主厂房锚梁安全性态分析

江垭地下主厂房岩锚梁为一钢筋混凝土悬壁梁，由４排钢筋锚固在边墙上，设计承载能力４００ｔ。为了解岩锚梁的安全可靠性，施工初期在上、下游梁体及其周边围岩中布置了８个监测断面，用以监测梁体内的锚杆应力变化；根据施工期对其变形、锚杆的受力及梁体与岩壁间的缝面开度等监测成果及荷载试验数据，对岩锚梁安全性态进行分析，认为岩锚梁工作正常，承载能力符合设计要求。     

剪切作用下锚固结构面应力分布特征分析

为了揭示岩体锚固结构面的剪切力学行为及其破坏机制,采用室内相似模拟直剪试验,分别改变锚固结构面的锚杆倾角和夹层力学性质,利用应变片测试获得了锚固结构面的应力分布特征,并研究了在不同法向荷载作用下锚固结构面应力分布的变化规律。结果表明:(1)在相同的法向荷载条件下,硬性结构面刚度比含夹层结构面刚度大;(2)结构面在锚固位置产生应力集中现象并主要发生拉剪破坏,导致其应力分布不均匀;(3)随着剪切位移的增大,硬性结构面和含夹层结构面均存在应变突变点,但含夹层结构面突变点对应的剪切位移较硬性结构面大;(4)由于锚固作用,沿剪切方向结构面呈现从滑动剪切到挤压剪切的应力演化过程。研究成果对于水利工程中的坝基及库岸边坡加固具有一定的参考意义。     

拉力型锚杆锚固体应力分布试验及数值模拟

锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点,通过采用不同的锚固参数进行拉力型锚杆的拉拔试验,主要从灌浆体的配合比和锚固深度两方面研究了不同锚固参数下锚杆各界面剪应力分布情况,结果表明锚固系统各界面剪应力衰减过程包括沿杆体和垂直杆体两个正交方向的衰减,并非均匀分布。采用数值分析软件FLAC3D对影响拉力型锚杆锚固效果的参数进行数值分析,结果表明:在围岩体相同的情况下,灌浆体的弹性模量对锚固系统的锚固效果影响明显,增大灌浆体的弹性模量可以有效提高锚固系统的锚固效果;在围岩体相同的情况下,改变灌浆体的锚固长度对锚固系统锚固效果的影响不是很理想,锚杆的锚固承载力主要发生在锚杆的前端,采用增加锚固长度来提高锚固系统承载能力的方法是不可取的。