聚酯锚杆与传统锚杆的力学性能及支护效果比较分析

聚酯锚杆具有质轻、高强、耐腐蚀等优良特性,逐渐应用于边坡、隧道、地下硐室开挖及支护工程中。本文采用有限差分软件FLAC3D,建立了聚酯锚杆与传统锚杆的拉拔试验模型,分析了两种锚杆在拉拔过程中的力学特性。以某山岭公路隧道为依托工程,重点研究了聚酯锚杆与传统锚杆在应变软化围岩隧道中的支护效果,根据围岩变形、塑性区域大小、支护受力及锚杆杆体屈服状态四个方面,对两种锚杆的计算结果进行了比较分析。研究结果表明:锚固长度达到一定值后,聚酯锚杆较传统锚杆表现出更好的拉拔性能;隧道埋深较大时,聚酯锚杆在控制围岩变形,限制塑性区发展,改善支护受力方面优于传统锚杆。     

支护结构对层状及软弱岩体隧道支护作用机制

为分析隧道支护结构作用机制及其在层状和软弱岩体隧道中的支护特性,通过室内物理模拟试验和现场测试,研究普通螺纹锚杆和钢花管锚固下的岩石在单轴压缩试验下的力学、变形特性及其现场支护特性。试验结果表明:(1)锚杆主要通过改善围岩的受力状态和提高围岩强度2个方面来实现其锚固作用,并且锚杆对锚固体围岩强度参数的提高主要表现为预紧力的压缩带作用、锚固剂对围岩损伤的修复作用和锚杆杆体对锚固体整体强度和密度的增强作用3个方面。(2)通过对试验后的加锚试件进行CT扫描发现,锚杆对裂纹的止裂作用是锚固区对裂纹的弱化、剪段、止裂的结果,其止裂效果与锚固区范围大小有关,锚固区范围越大,止裂效果越好。(3)由于药卷锚杆和钢花管的锚固特性不同,药卷锚杆能够很好地锚固岩性一般的层状页岩隧道,而具有注浆功能的钢花管更适用于岩性较差的软弱破碎岩体。     

FLAC^3D技术在锚杆“耦合”支护工程中的应用研究

隧道开挖后的支护结构设计，唯有在充分考虑原岩条件的支护设计，并确保支护体系、支护结构和参数以及施工工艺过程与围岩变形力学特性相适应、相匹配的条件下，才能达到最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支承能力，达到控制围岩变形、维护隧道稳定的目的。亦即唯有使支护设计与原岩条件达到一定程度的“耦合”关系，才能既满足隧道围岩的稳定要求，也同时达到经济合理的目的。文章结合襄武段联拱隧道具体工程条件，就隧道锚杆支护设计与原岩条件的“耦合”问题借助FLAC^3D数值模拟技术进行研究，得出了锚杆弹性模量为围岩体等效变形模量的250倍时，锚杆支护刚度就与围岩体强度达到“耦合”状态的结论，为合理设计隧道锚杆支护结构提供了可靠依据。     

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。     

高地应力软岩隧道长、短锚杆联合支护技术研究

基于考虑应变软化特性的深埋隧道弹塑性解,采用锚杆中性点理论,系统地分析高地应力软岩隧道短锚杆支护失效机制,并论证高地应力软岩隧道中对锚杆长度进行加长的必要性:一方面增大锚固段的围压以提高黏结强度,另一方面增大锚杆头部和尾部处的围岩位移差以提高锚杆对围压的锚固效用。将高密度支护模式的短锚杆等效为复合岩体,同时将长锚杆对围岩的锚固作用考虑为作用在隧道洞壁处的等效支护力,建立隧道长、短锚杆联合支护力学模型,考虑锚杆和围岩的相互作用,得到长、短锚杆联合支护后的围岩特征曲线。通过对比每延米隧道锚杆用量相同情况下,普通短锚杆支护和长、短锚杆联合支护状态下的围岩特征曲线,说明了长、短锚杆联合支护策略对高地应力软岩隧道变形控制的有效性。该长、短锚杆联合支护力学模型考虑了长锚杆与围岩的相互作用,为高地应力软岩隧道长锚杆支护长度的设计提供了一种计算方法。     

FLAC3D技术在锚杆"耦合"支护工程中的应用研究

隧道开挖后的支护结构设计,唯有在充分考虑原岩条件的支护设计,并确保支护体系、支护结构和参数以及施工工艺过程与围岩变形力学特性相适应、相匹配的条件下,才能达到最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支承能力,达到控制围岩变形、维护隧道稳定的目的.亦即唯有使支护设计与原岩条件达到一定程度的"耦合"关系,才能既满足隧道围岩的稳定要求,也同时达到经济合理的目的.文章结合襄武段联拱隧道具体工程条件,就隧道锚杆支护设计与原岩条件的"耦合"问题借助FLAC3D数值模拟技术进行研究,得出了锚杆弹性模量为围岩体等效变形模量的250倍时,锚杆支护刚度就与围岩体强度达到"耦合"状态的结论,为合理设计隧道锚杆支护结构提供了可靠依据.     

新型玻璃纤维增强塑料砂浆锚杆的黏结性能试验研究

锚杆广泛应用于隧道、边坡、地下硐室开挖及支护工程中。通过锚杆的支护加固，岩土体的强度和稳定性能够得到显著的改善和提高。传统的钢锚杆在不良地质条件下存在锈蚀严重的缺点，给支护结构的安全性和耐久性带来严重威胁。玻璃纤维增强塑料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，是代替钢筋制作锚杆的理想材料之一。在经典拉伸试验模型的基础上，结合锚杆本身的受力特性，建立一种改进的拉伸试验模型，并且根据此试验模型，对直径分别为10，13，16mm的表面经过喷砂和缠绕纤维束处理的玻璃纤维增强塑料锚杆，以及直径为25mm的螺纹钢进行拉伸试验，试样的总数量为24组。试验采用强度等级为C60的混凝土模拟岩体，并采用强度等级分别为41．5，55．5MPa的砂浆作为锚固剂。在试验结果基础上，对玻璃纤维增强塑料锚杆的拉拔破坏模式、临界黏结长度、拉拔承载力、平均黏结强度以及与钢锚杆拉拔性能的比较进行研究讨论，对砂浆锚固玻璃纤维增强塑料锚杆的黏结性能进行系统全面的分析评价，为推广玻璃纤维增强塑料锚杆的工程应用、相关规范的制定，以及进一步研究工作提供一定数据储备和理论支持。     

单锚锚杆加固碎裂结构岩体模型试验研究

针对锚杆加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验。根据多种锚固方案试件的试验结果，研究了锚杆锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征。通过试验中不同布锚方式的单锚对模型试件强度变形的不同影响，研究了各种模型试件中所体现出的锚固效应，得出了有益的结论。     

锚杆支护强度

本文从拉拔时锚杆受力分析入手，结合锚杆实测应力分布曲线，给出了基于岩性和锚固方式的锚杆支护强度的估算法。     

锚杆支护强度

本文从拉拔时锚杆受力分析入手，结合锚杆实测应力分布曲线，给出了基于岩性和锚固方式的锚杆支护强度的估算法。     

An analytical model to predict axial load in grouted rock bolt for soft rock tunnelling

An analytical model is proposed to predict the axial force of grouted rock bolt in the tunnelling design. The interaction mechanism of the rock bolt and the soft rock mass has been described according to their consistent displacement. Coupling and decoupling behaviors of the rock bolt around a circular tunnel have been analyzed. According to case studies, the theoretical prediction of the axial force agrees well with the in situ measured results. The installing time and the length of the rock bolt, and the deformation modulus of the rock mass are taken as study parameters to analyze the supporting behavior of the rock bolt. According to the results of the theoretical analysis, there are some conclusions as followings: (1) a lower axial force is resulted because of the delay of installing rock bolt and its supporting effect may be reduced; (2) the larger displacement is caused by the lower deformation modulus of the rock mass, and a higher axial force is resulted in the rock bolt. If the shear strength of the rock mass is not enough, the decoupling behavior will take place interior the rock mass, and the performance of rock bolt may be reduced; (3) the position of a neutral point is related with the radius of tunnel, the physical properties of the rock bolt and the rock mass. It is found that the position of the neutral point and the maximum axial force of the rock bolt installed in the soft rock may tend to be constant when its length is long enough, which means that the supporting effect of the rock bolt can not be improved significantly only by increasing the length of the rock bolt. By using this model, a way is supplied to analyze the supporting behavior of the rock bolt, and a method is provided for the quantitative evaluation of its supporting effect in NATM tunnelling.     

软弱破碎岩体中锚杆抗拔受力机理及试验研究

为深入了解锚杆的锚固机理及其在软弱破碎围岩中的加固效果,开展了一系列针对不同材质、不同锚固刻距的锚杆抗拔力试验。通过对试验结果的分析和研究,得出了如下结论:在软弱破碎围岩中,锚杆的失效主要是灌浆体与岩土体之间的剪切破坏所致;当外荷载较小时,锚杆、灌浆体和岩土体协同受力,但当荷载增大到一定程度后,锚固体与岩体之间就会进入剪切屈服状态,并在达到峰值强度后破坏;锚杆体的线性刚度值越大,对应的抗拔力也就越大;在模型试验中,合理选择锚杆的线性刚度和间距对于准确模拟锚杆的锚固效果至关重要。     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

基于复合岩体法的锚杆支护隧道收敛修正分析

基于复合岩体方法考虑锚杆与围岩的相互作用,在引入加锚效应不均匀性基础上,根据对围岩变形约束程度修正复合岩体等效计算刚度,获得了锚杆支护作用下圆形隧道收敛变形的修正解。对比既有解及数值结果验证了本文解的正确性,修正解合理地降低了既有计算方法对锚杆约束效果的过高估计。结果表明:锚杆通过提高复合围岩等效刚度降低隧道收敛变形;增加锚杆密度比增加锚杆长度对降低隧道收敛更为有效;在常规锚杆布置参数条件下,锚杆支护对隧道最终收敛的降低幅度不会超过20%,难以完全依靠系统锚杆来限制软岩隧道的收敛大变形。本文提出的修正解能合理反映锚杆对围岩收敛变形的约束作用,可为锚杆支护下隧道收敛变形的量化分析提供简洁准确的计算方法。     

全长粘结式锚杆抗拔力计算公式的探讨

从锚固系统的组成出发,考虑锚杆灌浆体界面强度和灌浆体岩土体界面强度对全长粘结式锚杆抗拔力的影响,以及浆体与岩土界面的塑性区发展,推导得到全长粘结式锚杆的抗拔力计算公式。通过比较算例,抗拔力计算公式得到证实,具有实用价值。     

破裂围岩锚固体变形破坏特征试验研究

为了进一步揭示破裂围岩锚固体的承载机制,在自主研制的真三轴物理模拟试验系统的基础上,采用反复加卸载围压的方法预制破裂岩体,加锚后进行继续加载试验,研究破裂围岩锚固体以及锚杆的变形破坏特征。研究发现,随着锚杆预紧力的增加,锚固体变形模量随之增加,全应力–应变曲线呈现双峰特征。在锚杆预紧力较小的情况下,破裂围岩内部滑移块体主要沿原有裂隙面滑移,二次破坏较少发生且裂隙发育位置比较集中。在锚杆预紧力较大的情况下,滑移块体会发生二次破坏,破裂围岩锚固体新生裂隙倾角高、数量多且分布均匀。锚固体变形过程中锚杆控制角在空间以及时间上不断发展变化：锚杆压缩区在空间上为向围岩深部开口的喇叭形,其深度为1～1.5倍托盘直径;随着锚固体压缩变形,锚杆压缩区会发生二次甚至多次破裂。锚杆控制角在压缩区初次破裂时为50°～64°,在压缩区多次破裂后最终稳定为34°～56°。锚杆在破裂面附近受到两侧滑移块体剪切错动作用下处于压、张、剪复杂应力状态,弯曲变形严重,这反过来使破裂面两侧滑移块体出现一定程度的错动分离。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

 针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明：冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。