框架免动力加速对流锚杆多年冻土#br# 边坡支护结构的提出及理论计算方法

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模型,给出免动力加速对流锚杆的热效应理论计算方法;基于Winkler弹性地基梁理论,建立框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构与土体协同工作的计算模型,提出框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的力学效应理论计算方法。结合算例,采用提出的理论计算方法对框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的热-力学效应进行分析,并利用自主研发的框架免动力加速对流锚杆支护多年冻土边坡的水热力耦合分析软件对提出的理论计算方法进行验证,结果表明：①无动力风帽极大提升了免动力加速对流锚杆的通风能力,增大了外界冷空气与边坡内部土体之间的对流换热强度,促使多年冻土边坡内冻融交界面逐年抬升;②框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构减弱了边坡土体的冻胀作用,能够提高多年冻土边坡的稳定性;③文章提出的理论计算方法具有一定的准确性和合理性,可为框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的设计提供理论依据。     

框架-预应力锚杆-土体系统地震动相互作用分析模型及地震响应分析

建立了框架-预应力锚杆-土体系统在地震作用下的动力计算模型,这种模型将框架与锚杆自由段之间的作用和锚杆锚固段与土体之间的作用均处理成一个线性弹簧和一个与速度有关的阻尼器,将锚杆自由段处理成一弹簧,锚杆预应力通过自由段的弹性变形传递至锚杆锚固段,然后再通过锚杆锚固段传递至土层。框架(横梁、立柱和挡土板)质量和主动区土体质量以集中质量的形式连接在锚杆自由段,并通过自由段弹簧与锚固段阻尼器进行连接。由此分别建立框架-锚杆系统和锚杆-土体系统地震作用下的阻尼微分方程,并分别求解在简谐地震作用下锚杆预应力的地震响应和锚固段锚杆的动力响应。最后,结合一工程实例进行分析,并用ADINA对此计算模型进行验证,结果表明这种计算模型对黄土地区土质均匀的边坡动力设计和分析是安全、可靠、合理的。     

地震作用下框架预应力锚杆边坡支护结构内力变化数值分析

随着我国经济的快速发展,在各类基础设施建设中遇到了越来越多的高陡复杂边坡。地震作用是导致边坡发生破坏的主要原因,为了保证该类边坡的长期稳定,需采用合适的支护结构对边坡进行支护。框架预应力锚杆支护结构以其良好的抗震性能而在各类边坡支护工程中应用越来越普遍。本文结合实际工程,运用PLAXIS 3D有限元软件,建立框架预应力锚杆支护边坡数值计算模型,并通过输入地震波,对框架预应力锚杆支护结构在地震作用下的受力变化情况进行计算分析。分析结果可为地震作用下框架预应力锚杆支护结构的受力特点有一个清晰的认识,并对其今后的工程应用有一定的指导作用。     

深基坑框架预应力锚杆微型钢管桩联合支护结构力学特性分析

针对深基坑工程在施工场地狭窄和存在回填未固结土及土质松散地区施工时遇到的难题,提出框架预应力锚杆微型钢管桩联合支护结构,对其结构构成和工作机制进行详细探讨。基于温克尔弹性地基梁理论,建立锚杆张拉阶段和正常工作阶段时框架预应力锚杆微型钢管桩与土体相互作用的计算模型,并利用位移法和有限差分法进行求解;借助ADINA有限元软件对该联合支护结构的支护效果和力学特性进行分析,将理论值与模拟值进行对比。结果表明:(1)理论计算结果与数值模拟结果基本吻合,验证了计算模型和分析方法的合理性;(2)与所提出的理论计算方法所得的结果相比,常规不考虑结构间牵连作用计算得到的框架柱内力较小,以此为设计依据使框架柱偏于不安全,而常规计算得到的微型钢管桩内力值较大,使设计过于保守;(3)与桩锚支护和地下连续墙支护结构相比,该联合支护结构可以有效的控制基坑变形且内力分布更加合理,体现了该联合支护结构优越的支护特性,可为类似深基坑支护结构的设计提供理论依据和参考。     

预应力锚杆拉拔力学特性及临界锚固长度研究

相较于非预应力锚杆而言,预应力锚杆在受到拉拔作用后呈现出特殊的支护力学特性。为深入探明预应力锚杆的这一特点,采用足尺室内实验和理论分析的方法研究预应力锚杆在受载后的力学响应情况,掌握预应力锚杆的支护力学特点及其机制,进一步丰富和扩展了预应力锚杆的主动支护理论,并从锚固系统支护效果最优化的角度出发,基于二次开发手段提出一种预应力树脂锚杆临界锚固长度的数值计算方法。结果表明：(1)预应力施加后锚杆的荷载–位移曲线形态发生了明显变化,在前期支护刚度增加,同时出现荷载突变点,且随着预应力施加量值的增加,突变点处荷载从17.3 kN增加至54.6 kN;(2)预应力锚杆在受载后呈现出“先刚后强”的支护力学特性,在支护前期能够迅速达到较大的承载力,有效提高锚杆控制围岩变形的能力;(3)建立的数值分析模型很好地再现了锚固系统在受到拉拔荷载时的力学响应情况,基于该模型分析了不同锚固长度条件下锚固系统的承载能力峰值,确定了该实验条件下树脂锚杆的临界锚固长度为44 cm。相关研究成果对认识预应力锚固系统的支护力学特性和参数设计具有指导意义。     

框架预应力锚索在高边坡支护中的应用

介绍了土质和岩质边坡常用的稳定性分析方法,对框架预应力锚索支护中预应力锚索数量、锚索锚固长度以及基于Winkler弹性地基模型框架体系内力的求解进行了说明。以贵州省毕节市某边坡为工程实例,对边坡的稳定性系数进行了分析,设计了该边坡的框架预应力锚索支护方式的参数,根据此方案进行施工取得了良好的加固效果。     

地震作用下边坡预应力锚索振动台试验研究

为研究边坡预应力锚索在地震作用下的动力响应,采用振动台进行预应力锚索支护岩质边坡模型试验。模型试验相似关系依据重力相似律及量纲分析法推导。输入Wolong,El Centrol,TAFT三种地震波,监测锚索轴力、坡面加速度和位移时程,研究预应力锚索轴力和预应力损失在地震作用下的动力特性、边坡在锚索支护下的整体稳定性。结果表明:不同地震作用下,锚索的轴力和预应力损失动力响应不同,试验中锚索的预应力损失最大达15.7%,随着输入地震波峰值的增大,锚索预应力损失呈先增大后减小的趋势,达到临界值后,不再发生预应力损失。建议预应力锚索抗震设计时,施加的预应力应该达到预应力设计值的1.1～1.2倍,高于静力情况下的值。该研究结果可为更加合理的进行边坡预应力锚索抗震设计提供良好的基础。     

土质边坡加固中预应力锚索框架内力分布的试验研究

利用现场试验方法,研究了土质边坡加固中预应力锚索框架的内力分布规律,以指导锚索框架工程的设计;得出了同一等级锚固力作用下框架的内力分布规律与不同等级锚固力作用下框架的内力变化特征,以及锚索力在框架纵横梁之间的分配特点;同时验证了锚索框架内力的Winkler弹性地基梁计算模式。     

框架预应力锚杆加固多级高边坡地震响应数值分析

依托实际工程,基于Geostudio岩土分析软件,建立了框架预应力锚杆加固多级高边坡的动力分析模型。通过设置边界条件,输入水平地震作用,分析了边坡在地震作用下的位移响应、速度响应、加速度响应和锚杆轴力响应。结果表明:水平地震作用下,边坡内的位移、速度、加速度和锚杆的轴力等均随地震持时呈波动性变化。水平位移随时间变化显著且具有累积效应,边坡水平位移远大于竖直位移。坡体临空面水平加速度幅值明显增大,临空面对地震加速度具有放大效应。边坡总应力从坡底沿坡高递减,在坡底总应力最大。预应力锚杆的自由段与锚固段轴力均随地震持时波动性变化,自由段轴力较大,锚固段轴力沿远离自由段方向递减。分析结果可为框架预应力锚杆加固多级高边坡的地震响应提供一定的依据。     

底部两层钢筋砼框架一抗震墙上部小型砌块-钢筋砼框组合墙房屋抗震设计

介绍底部两层钢筋砼框架-抗震墙、上部小型砌块-钢筋砼组合墙房屋抗震设计,采用连续链杆法,视抗震墙、钢筋砼墙为承受水平地震作用和弹性反力的一根＂弹性地基梁＂,框架、小型砌块墙为梁的＂弹性地基＂,建立微分方程,计算出结构的内力和位移。     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

钢管桩复合预应力锚杆支护设计计算探讨

钢管桩复合预应力锚杆支护结构的设计与计算尚无统一的方法。等值梁法因模型简单、便于计算、安全性高,目前广泛应用于桩锚支护结构的计算。对某钢管桩复合预应力锚杆支护边坡进行等值梁法设计计算,并通过等值梁法计算结果对锚杆与钢管桩进行设计参数的选定及检算,可为类似工程的设计计算提供参考。     

膨胀土边坡自平衡预应力锚固方法研究

针对膨胀土吸水膨胀的特点,提出膨胀土边坡自平衡预应力锚杆加固方法。该方法结合黏结型锚杆和预应力锚杆的优点,使用预应力锚杆结构,但在锚杆施工时仅施加少量或不加预应力,利用膨胀土吸水膨胀特性在边坡中形成自平衡的预应力锚杆加固体系。根据锚杆与土体变形协调关系,推导自平衡预应力锚杆初始应力计算公式,并探讨该方法的有限元计算过程。理论分析、数值计算和工程应用结果表明,自平衡预应力锚固结构在保证边坡稳定和锚固结构安全的前提下,边坡变形较小,同时经济上较为合理,对于类似工程具有广泛的推广应用价值。     

考虑结构自重影响水下隧道通风竖井的水平振动特性研究

在地震荷载下,竖井与围岩土水介质之间的动力相互作用是一个复杂的多场耦合问题。基于 Winkler 弹性地基梁理论,以附加质量的形式考虑动水压力,将土体视为支撑结构的弹性地基,通过建立欧拉梁挠曲控制微分方程,并借助传递矩阵法求解沿隧道轴向水平地震作用下竖井的内力与变形。通过与整体系统的 ANSYS 计算结果对比可知,所提出的模型与计算方法能够较好地模拟软土地基中竖井的动力特性。最后,对隧道与竖井接头刚度、自重影响下结构动内力沿竖井壁面的变化规律进行分析,由计算结果可知：改变接头的连接刚度能显著降低结构内力,提高结构安全度;对于大断面竖井的振动特性,自重影响显著,工程抗震设计中应该予以重视。     

埋入式抗滑桩振动台模型试验分析

近几年,埋入式抗滑桩由于其自身的特点而在边坡支护中得到广泛应用,成为边坡支护的一种主要支护方式。静力情况下,埋入式抗滑桩的研究已经较为成熟,动力作用下的研究目前还较少。设计完成了边坡振动台大型模型试验,通过输入不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励,探讨地震作用下埋入式抗滑桩模型边坡的动力特性与振动响应规律以及地震动参数对动力特性和动力响应的影响。然后对此模型进行了数值模拟,得出了一些有意义的结论,能够更好地指导边坡抗震设计,有广泛的应用前景。     

岩质边坡锚杆支护参数地震敏感性分析

目前已有的锚杆支护抗震设计主要采用拟静力方法,无法考虑锚杆与岩体的相互作用,也不能准确的评价锚杆支护后的边坡动力稳定性,为此,采用强度折减法动力分析法评价锚杆支护岩质边坡动力稳定性,该方法不仅考虑了锚杆与岩体的动力响应,还能得到边坡动力破裂面和锚杆轴力的变化情况,可以用于边坡锚杆抗震支护设计。然后以此为手段进行边坡锚杆支护设计,要求边坡达到容许安全系数即可,通过一个典型锚杆支护边坡实例分析,对锚杆支护参数进行了敏感性研究,研究结果为锚杆支护边坡的抗震设计及优化提供技术支持。     

p–y曲线在基坑工程中的应用

将横向受荷桩的p–y曲线法应用到深基坑工程中,提出了一种考虑支护结构和土之间非线性共同作用的弹性地基反力法计算模型,即对于基坑开挖面以上,采用根据p–y曲线建立的支护结构-土非线性共同作用的计算模型;基坑开挖面以下,将支护结构看作横向受荷桩,基坑开挖面以上土体看为超载作用在支护结构上。之后根据弹性地基梁的挠曲微分方程,推导出考虑非线性共同作用的弹性地基梁挠曲微分方程,应用有限差分法计算支护桩的内力和位移。     

寒区格构梁与锚杆复合结构的冻胀效应计算方法

为了研究寒区格构梁与锚杆复合结构变形和内力在冻胀作用下的变化规律,基于Winkler弹性地基梁理论,建立考虑冻胀作用的复合结构计算模型。考虑到土体与支护结构协调变形的特点,将土体的冻胀位移视为自由冻胀和复合结构约束冻胀两部分的叠加,推导出冻胀力计算公式,并采用有限差分法推导冻胀作用下格构梁变形和内力的计算公式。通过算例分析得出,考虑冻胀作用后复合结构的变形和内力十分显著,在寒区边坡支护工程设计时,应当考虑冻胀力的作用并预留足够的安全度。模型试验结果显示,格构梁位移、内力以及锚杆拉力的计算值与试验值分布规律及变化趋势基本一致,说明给出的冻胀效应计算方法合理、可行,为寒区格构梁与锚杆复合结构的分析与设计提供了一种新的思路。     

边坡锚杆地震动特性的振动台试验研究

为研究锚杆在地震作用下的动力响应,采用振动台进行锚杆支护岩质边坡模型试验。模型与原型相似关系按照重力相似律、相似比1∶10推导。输入Wolong、El Centro、Taft三种地震波,监测锚杆轴力、坡面加速度和位移时程,研究锚杆在地震作用下的受力机制、锚杆轴力分布规律、不同位置锚杆在地震作用下的动力响应差别。结果表明:地震作用下锚杆的轴力动力受力过程是由外向里;输入相同幅值的不同地震波,锚杆轴力动力响应不同;地震波强度较小时,位于边坡腰部锚杆的轴力最大,但随着地震波强度的增大,坡顶锚杆轴力增加较快,与边坡腰部锚杆轴力均为最大。研究结果为更加合理的进行锚杆抗震设计提供良好的基础。     

预应力锚索地梁计算的双参数弹性地基模型

提出了双参数弹性地基上预应力锚索地梁内力计算简化模型,用该模型对一公路边坡工程进行预应力锚索地梁加固设计,给出了预应力锚索地梁的合理配筋,现场位移监测发现该计算模型得出的加固方案是安全可靠的。