螺纹钢横肋作用下锚固体应力分布与破坏规律

在柱坐标系下将拉拔状态下的锚杆空间受力问题简化为平面应变问题。基于ABAQUS仿真软件建立全长黏结式螺纹钢锚杆有限元模型,研究螺纹钢横肋作用下的锚固体应力分布特征。选取单元锚固体,建立有限元模型并数值计算,重点分析了树脂破坏面的演化特征以及螺纹钢横肋面角q、径向尺寸系数d/D和横肋间距L对锚固体破坏的影响。结果表明,螺纹钢锚杆的应力分布显著不同于圆钢锚杆;拉拔状态下螺纹钢的轴向应力较圆钢沿轴向衰减速率更快,树脂-杆体接触面剪切应力值沿轴向呈现锯齿状分布。螺纹钢横肋几何参数q,d/D,L对锚固体的强度和破坏失效形式有直接影响。联合分析螺纹钢锚杆全长应力分布与单元锚固体的破坏失效形式,总结了横肋作用下的锚固体失效的时空演化规律。     

不同肋间距锚杆锚固性能实验室试验研究

为确定右旋螺纹钢锚杆肋间距与锚固性能的关系,对锚固于壁厚5.5和7.0 mm刚性套筒的肋间距分别为12,24,36,48 mm锚杆锚固试件进行拉拔试验,测定和计算拉拔力、剪胀位移量、耗能值、套筒周向应变等。试验结果显示,拉拔力、剪胀位移量、耗能值随肋间距的增加呈近似线性增长趋势;壁厚5.5和7.0 mm套筒拉拔试验中,肋间距48 mm试件相较肋间距12 mm试件的拉拔力分别增加了27.4%,50.43%,剪胀位移量分别提高了379.18%和813.55%,耗能值相比提高了52.06%和124.32%。周向应变量随肋间距增加呈现先增加后减小,其最大值出现在肋间距36 mm,与肋间距12 mm相比分别增加95.14%和112.84%。分析表明随着杆体肋间距的增加,嵌入锚固杆体相邻肋间距内的树脂长度增加,树脂的受剪面积增大,因而抗剪力、拉拔力在增加;树脂破坏后体积膨胀以及轴力在径向的分力增加,使得套筒周向产生应变,直接引起树脂剪胀破坏后的位移量增加。肋间距的增加可以提高锚固性能,肋间距为48 mm时右旋螺纹钢锚杆的锚固性能最好。     

锚固参数对地震作用下岩质边坡锚固界面剪切作用影响的数值分析

基于FLAC~(3D)建立锚固岩质边坡数值分析模型,并用优化的cable单元建模分别模拟分析锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上的剪切作用,通过改变全长黏结锚杆的锚固参数(锚固角、锚固段长度、锚杆竖向间距、锚杆直径、锚孔直径),对地震作用下锚固岩质边坡锚固界面上的剪应力及动力响应规律进行研究。研究发现:在地震作用下,随着锚固角的增大,锚固界面上的峰值剪应力减小,边坡永久位移增大;当锚杆在结构面两侧的长度相等时锚杆界面的锚固作用最大化;当锚杆竖向间距减小,峰值剪应力和边坡永久位移均减小;随锚杆和锚孔直径的增大,峰值剪应力和边坡永久位移总体呈减小的趋势。在考虑安全性、经济性的前提下,建议适当减小锚固角和锚杆竖向间距,保持锚杆拉拔段与锚固段长度相等,锚杆和锚孔直径保持合理的比值。该研究可为相关理论、试验研究和锚固边坡抗震设计提供参考。     

螺纹钢锚杆杆体肋间距与锚固效果间关系的研究与分析

为分析螺纹钢锚杆肋间距与锚固效果间的关系,采用理论分析的方式进行拉拔锚杆锚固段应力理论分析,得出肋间树脂假想弱面失效破坏准则平衡方程;结合理论分析结果,设计采用左旋螺纹钢锚杆和壁厚为5.5 mm和7.0 mm的刚性套筒,对锚杆肋间距分别为12 mm、24 mm、36 mm、48 mm时的锚固效果进行试验分析,并基于试验结果进行了锚杆的拉拔力、套筒周向应变、剪胀位移量的分析。结果表明:两种套筒壁厚条件下,锚杆拉拔力的最大值均出现在肋间距为24 mm时。随着肋间距的增大,锚杆的锚固效果会得到一定程度的提升。     

基于FLAC~(3D)精细化模拟锚杆横肋对锚固力的影响

运用Midas/GTS-FLAC~(3D)耦合建模手段,建立圆钢锚杆和螺纹钢锚杆模型,通过FLAC~(3D)数值模拟软件,研讨锚杆横肋作用机理,对比分析锚固状态下圆钢锚杆和螺纹钢锚杆在荷载相同时的锚杆-锚固剂-围岩三者之间的力学关系及变形情况。发现2种锚杆轴向应力随着深度的增加逐渐减小且当2种锚杆处于相同埋深时,圆钢锚杆的轴向应力略大于螺纹钢锚杆,所得结果与文献[1]做的相似材料模拟试验结果基本相同,因此可以通过FLAC~(3D)数值模拟软件建立的数值模型,作为深入研究横肋与锚固剂作用关系、锚固剂破坏规律以及不同岩性中锚杆横肋参数选择的一种参考办法。     

全长锚固玻璃钢锚杆应力分布规律及 影响因素研究

为揭示全长锚固玻璃钢锚杆界面应力传递规律,进行玻璃钢锚杆全锚模型试验,获得锚杆拉拔试验轴力和剪应力分布规律;采用PFC颗粒流数值模拟软件对锚杆应力分布规律进行细观研究,得到锚杆所受荷载、锚固剂弹性模量和锚杆弹性模量对锚杆应力分布影响规律。结果表明:在弹性黏结阶段,锚杆拉拔端口到锚固末端剪应力大小呈先增后减的趋势,剪应力最大值距离拉拔端较近,锚杆轴力却逐渐减小;拉拔荷载越大,剪应力、轴力均越大;锚固剂弹性模量越大,锚杆剪应力越集中,轴力变化程度越大;锚杆弹性模量越大,剪应力最大值越小,轴力越大,轴力分布相对集中。     

螺纹钢锚杆搅拌树脂锚固剂端部形态优化试验研究

常用的树脂锚固剂是实现螺纹钢锚杆与围岩黏结的重要介质,其工作性能对锚固质量存在重要影响,螺纹钢锚杆端部搅拌树脂锚固剂是锚固的关键步骤。为明晰螺纹钢锚杆端部搅拌树脂锚固剂问题,基于已有成果分析了螺纹钢锚杆搅拌端部类型,重点对双楔形端部搅拌树脂锚固剂进行了力学分析,得到了加制“V”型槽双楔形搅拌端效果良好的理论基础。锚杆端部加制“V”型槽有助于锚杆端头刺入锚固剂封袋,增加锚固剂所受的旋转力,更好破坏锚固剂封袋,增强锚固剂的搅拌效果;拉拔实验发现,双楔形角在60°～75°,随着双楔形角的增大,锚杆的拉拔力有逐渐递增的趋势,在双楔形端部加制“V”型槽的螺纹钢锚杆锚固时,平均拉拔力峰值比未加制“V”型槽的提高了22%,比传统原型锚杆提高了62%,相比于锚杆有横肋双楔形搅拌端,无横肋双楔形搅拌端的平均拉拔力峰值下降了约16%;通过高速动态非接触全场应变测试系统观察搅拌过程发现,锚杆原型搅拌端搅拌锚固剂时其封袋是被搅拌端挤压、摩擦破坏的,且破坏过程中锚固剂封袋几乎没有发生扭曲;锚杆单楔形搅拌端搅拌锚固剂时锚杆单楔形尖端从锚固剂与孔壁之间的空隙插入,将锚固剂推入孔壁的一侧进行挤压、旋转,并从锚固剂侧面...     

不同黏结长度锚杆拉拔承载特性研究

黏结长度是影响锚杆承载性能的关键因素之一,研究不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性对锚杆支护设计具有重要意义。为此,基于锚固界面的"三线性"黏结-滑移模型,采用FLAC3D数值软件研究了不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性。研究结果表明:黏结长度会显著影响锚杆拉拔载荷-位移曲线的形态和发展过程,增大锚杆黏结长度能够提高其承载能力,提高锚杆抵抗失效的能力。随着黏结长度的增加,锚杆峰值拉拔载荷先快速增大后稳定增大,锚杆软化载荷和摩擦载荷先逐渐增大后保持不变,锚杆存在临界黏结长度。拉拔载荷作用下,锚杆轴力沿锚杆长度方向逐渐降低,峰值剪应力最先出现在锚杆加载端,并逐渐向锚杆自由端移动。随着黏结长度的增加,锚杆轴力作用范围增大,锚杆剪应力的不均匀性增加。研究结果可为锚杆支护设计提供有益参考。     

围岩性质对树脂锚杆锚固性能影响的研究

运用数值模拟方法分析了树脂锚固剂锚固界面上剪应力大小在不同性质围岩情况下的分布规律,指出对于不同性质的围岩,锚杆拉拔载荷对锚杆锚固性能影响较大,锚杆锚固长度与锚固剂厚度对锚杆锚固性能影响较小,同时在载荷保持不变的情况下,锚杆与树脂锚固剂界面处的剪应力峰值随着围岩弹性模量的增加而增加,剪应力峰值越大,岩体越容易屈服。     

锚固体应力分布演化规律及其影响因素研究

通过室内试验与细观颗粒流模拟相结合的方法,研究了锚固段应力分布演化规律及其影响因素。锚固体的拉拔破坏过程可以分为3个阶段：黏弹阶段、黏脱阶段和破坏阶段。在黏弹阶段,剪应力呈先增后减的分布形式,峰值点靠近拉拔端孔口处;在黏脱阶段,拉拔端处的界面黏结首先失效,并向内部扩展,在此阶段,剪应力的峰值点随之向锚固段内部移动。锚杆和锚固剂弹性模量影响锚杆轴力和界面剪应力的分布形式,锚杆弹性模量越大,锚固剂弹性模量越小,剪应力在锚固段拉拔端的集中程度越小。     

煤岩体锚固性能测试装置研制及应用

针对目前煤岩体锚固性能测试装置仅能人工检测锚杆滑动或者杆体破坏时的拉拔力,通过调研、理论分析、现场实测相结合的手段,研发一种实现连续监测拉拔试验中载荷-位移曲线,同时检测锚杆锚固力、锚杆位移和护表构件在煤壁的压入量,提高煤矿井下煤岩体锚固性能测试水平。     

抗拔荷载作用下锚固体与岩土体界面剪切作用

为了加深对锚固机理的研究,通过建立锚杆在受到拉拔荷载作用下锚固体界面侧阻力产生软化的数学模型,分析了锚固体与周围土体界面分别处于弹性状态、塑性状态、部分进入滑移状态、全部进入滑移状态4个阶段锚杆的轴力、位移和锚固界面剪应力,推导了锚杆产生松动的临界荷载、拉拔荷载与松动长度的关系及锚杆极限抗拔荷载的理论公式。结果表明,当锚杆在受到拉拔作用后滑移破坏首先在端部产生,然后荷载向锚杆里端传递,致使锚固体进一步破坏;根据拉拔荷载与锚杆松动长度之间的关系,当锚固体界面的侧阻力大于临界滑移的侧阻力时,在拉拔荷载作用下锚杆表现为渐进性破坏,当锚固体界面的侧阻力小于临界滑移的侧阻力时,则为突发性破坏。     

煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析

为得到不同锚固长度煤岩锚固系统失效模式与力学性能,结合煤巷树脂黏结锚杆锚固特点,在配比出中等硬度煤岩体相似材料基础上,按照工程现场操作流程制作不同锚固长度、树脂黏结中硬煤岩锚固体,开展了室内拉拔试验。研究结果表明:锚杆载荷-位移曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、脱黏延伸阶段和完全脱黏阶段。拉拔荷载作用下,中硬煤岩锚固体失效模式主要为煤岩体与锚固剂界面间的滑移脱黏失效。随着锚固长度增加,锚杆最大抗拔力不断增加,塑性变形阶段锚杆最大抗拔力是弹性极限抗拔力的1.21~1.34倍;弹性变形阶段,锚杆轴力自锚固起始端迅速下降直至锚固尾端很小。通过张拉试验测得锚固剂与煤岩体界面剪切刚度大致为259.8~272.5 MPa/m,抗剪强度大致为1.22~1.57 MPa,为锚固系统失效模式判识和支护设计提供指导。     

锚杆界面力学试验及剪应力传递规律细观模拟分析

锚杆界面的应力分布及传递规律的分析对巷道围岩锚固机理的研究至关重要.通过全长锚固砂浆锚杆的室内拉拔试验,测试了锚杆杆体与砂浆黏结界面之间的轴向剪应力分布规律.从细观力学角度入手,采用PFC颗粒流软件对锚杆界面力学试验进行了数值仿真模拟.结果表明,锚杆界面剪应力在轴向方向上分布不均匀,呈先增后减的形式传递,最大值位置距离...     

右旋螺纹钢锚杆横肋间距锚固优化数值模拟研究

为了研究右旋螺纹钢锚杆不同横肋间距对其锚固性能的影响,通过ANSYS有限元数值模拟软件分析了在简支约束条件下60、100 k N载荷下横肋间距为12、24、36、48和60 mm的右旋锚杆锚固试件的受力状态。模拟结果显示:2种载荷下,锚杆杆体表面最大应力在横肋间距12、24、36、48 mm时增长较为显著,与横肋间距48 mm相比,横肋间距为60 mm时最大应力无明显增长;杆体横肋对应的树脂圈凹槽处易形成应力集中区域,且在横肋间距为48 mm时应力峰值达到最大;试件套筒外壁应变随着横肋间距增加先增大而后减小,在横肋间距为48 mm时达到最大。分析表明,在树脂与套筒内壁和杆体锚固段锚固密实情况下,横肋间距为48 mm时试件的锚固性能最优。     

套筒刚度对左旋锚杆锚固力的影响研究

实验室短拉拔试验是锚固力学机理分析与锚杆支护技术研究的重要试验手段之一。为了研究套筒径向刚度与锚杆锚固力的关系,分别使用内径皆为30 mm、壁厚31 mm的PVC套筒、壁厚5.8 mm的铝套筒、壁厚5.5 mm和7.0 mm的钢套筒,对肋间距12 mm和48 mm的矿用左旋螺纹钢锚杆进行实验室套筒拉拔试验,得到肋间距12mm和48mm的左旋锚杆在不同套筒(围岩)径向刚度下的拉拔曲线与锚固力数据。研究表明:1)通过厚壁理论计算,建立了实验室内PVC、6061铝和20钢共3种不同材料及适当壁厚的套筒与现场不同围岩刚度对应的仿真方法;2)通过对锚固力与套筒(围岩)径向刚度数据拟合,得到锚固力与不同巷道围岩刚度的类比关系公式,并采用此公式对其他围岩性质下的锚固力进行了计算;3)对于同一肋间距的锚杆,随着套筒径向刚度增加,锚固力不断增大至理论最大值,且套筒(围岩)径向刚度为0时的锚固力值与锚固剂力学参数有关,与围岩性质等因素无关;4)在弹性阶段内,对于锚固于同一刚度套筒的试件,其肋间距越大,锚固力越大。本次试验结果为现场不同煤矿条件的应用提供了理论依据,对现场锚固力的测试具有借鉴意义。     

加筋土挡土墙加固预应力锚杆参数数值模拟与优化

以G104国道预应力锚杆加固加筋土挡土墙为例,运用国际流行的数值模拟计算软件FLAC模拟预应力锚杆的加固 作用机理,分析各参数对锚固作用的影响。随着锚杆长度的增大,锚杆的极限承载力相应增大,同时屈服位移量也相应降低。锚 杆间距越小,首拉锚杆轴力降低越多。锚杆簇拉拔顺序对首拉锚杆的锚固力损失有明显的影响。     

锚杆锚固力试验研究现状

详述了国内外锚杆锚固力的试验研究成果,包括:拉拔载荷下锚杆粘锚力的分布规律以及锚杆形状、锚固剂强度和岩体强度对粘锚力的影响;岩体特征、锚固单元特征和加载特征对加锚节理面抗剪性能的影响;锚杆长度、锚杆预紧力、树脂环体厚度及淋水、动载荷等其他因素对锚固效果的影响。讨论了锚杆锚固力试验研究中存在的问题及需进一步研究的方向。     

温度对树脂锚杆锚固性能影响研究

为了分析在靠近自燃发火区的巷道进行锚杆支护时,树脂锚杆锚固力降低的现象,采用实验室试验和数值模拟相结合的方法进行了温度对树脂锚杆锚固性能的影响研究。不同温度下树脂锚杆拉拔试验结果表明:温度对树脂锚杆锚固性能影响比较大,温度为25℃时树脂锚杆锚固力最大,随着模拟钻孔温度的升高,树脂锚杆锚固力呈现明显递减规律;运用FLAC3D有限差分程序对单根锚杆支护小范围锚固系统的数值模拟结果表明:岩体应力场与温度场之间存在一定程度上的耦合作用,在相同外载荷作用下,热源温度不同,岩体应力分布状态也不同。在上述研究基础上,指出温度变化对岩体物理力学性质以及树脂锚固剂固化反应过程都会产生一定的影响,并提出了不同温度环境下保证锚杆支护效果的技术途径。     

锚杆锚固段极限抗剪强度参数试验

锚杆支护是地下工程稳定围岩的有效支护手段之一,围岩与锚固体界面之间的极限抗剪强度参数确定对锚杆支护设计有重要的工程应用价值.为了在锚杆设计中能方便准确的确定锚固层的抗剪强度,基于弹塑性理论,建立了锚杆在拉拔力作用下的理论模型,推导了锚杆作用过程的荷载传递函数,得出了锚固层界面的极限抗剪强度参数与锚杆拉拔试验曲线之间的理论关系式,确定了煤矿巷道锚杆支护树脂锚固剂与煤岩体之间的剪切强度参数.结果表明:利用锚杆拉拔试验曲线,可以很方便求得锚固层黏结强度以及锚固层界面剪切刚度系数,为锚杆支护设计提供参考依据.