可回收式锚杆拉拔试验的数值模拟与影响因素分析

为了分析影响可回收式锚杆抗拔力的因素,在对可回收式锚杆现场拉拔试验研究的基础上,建立可回收式锚杆三维有限元模型。通过数值模拟分析,探讨可回收式锚杆的受力机理和破坏形式,得到可回收式锚杆的锚固体与周围土体之间的界面剪应力分布和传递规律。分析表明,可回收式锚杆的破坏主要是由于锚固体与周围土体之间的界面剪应力大于界面粘结力而引起的,而且界面剪应力分布不仅与外荷载、锚固长度和锚固体半径有关,锚固体也存在着临界长度和临界半径。     

夯土-水硬石灰与石英砂浆液-木锚杆锚固系统性能

运用室内物理模型试验和原位试验,对基于水硬石灰与石英砂浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应变分布与传递特征。试验结果表明,该锚固系统50 cm 锚固长度可以提供30～45 kN（室内）与16．2～19 kN（现场）的极限锚固力;锚固系统具有较强的延性;在加载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值或双峰值分布、界面应力向锚固末端传递、压应力出现在锚固段中末端等特征,表现出复杂的受力特性。研究结果表明,该锚固系统在结构形式和力学性能上适合于夯筑土遗址加固,并与遗址体具有较好的兼容性。     

静载与循环荷载作用下的锚杆拉拔数值模拟分析

为研究土层锚杆在静载与循环荷载作用下的锚固机理。采用FLAC3D有限差分软件建立单根锚杆拉拔计算模型,对静载与循环荷载作用下锚杆不同位置的轴力及水泥砂浆-土体界面剪应力及其分布规律进行数值模拟研究。静载作用下锚杆数值分析结果表明:锚杆顶端的轴力最大,并且沿着锚固深度呈逐渐减小趋势;随着拉拔力增大,界面剪应力峰值沿锚固深度移动,土层锚杆两端界面发生塑性破坏;锚杆周围土体位移逐渐增大,且土体发生位移的区域传递到到远离锚杆的区域。循环荷载作用下锚杆数值分析结果表明:正弦波的频率与幅值对界面剪应力有较大影响,界面剪应力沿着锚固深度呈先增后减的趋势。在锚固长度的1/10处,界面剪应力达到峰值,锚固体两端的界面剪应力较小,锚固体两端发生塑性破坏。     

夯筑土遗址中基于PS-(F+C)浆液的木锚杆锚固性能

基于室内物理模型试验和原位锚固试验,对基于PS-(F+C)（高模数硅酸钾溶液-（粉煤灰+粉土））浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应力分布与传递特征。试验结果表明该锚固系统室内试验极限锚固力（24KN~33.49KN）远大于现场试验值（2.54KN~8KN）;锚固系统具有低弹性强塑性的特征,表现出极强的延性;在荷载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有多峰值分布、高值往往出现在锚固末端、压应力出现等特征,表明本锚固系统兼有拉力型和压力型全长黏结性锚固系统的特点。该系统适合于夯筑土遗址锚固,与遗址具有良好的物理力学兼容性。     

全长粘结锚杆锚-浆界面应力的分布规律

在局部变形理论基础上,对全长粘结型锚杆锚-浆界面破坏类型的锚固机理进行分析研究。将注浆体与围岩视为相对位移为零的稳定体,通过确定其主要影响系数r、k_s分析得到锚-浆界面的剪应力与轴向荷载的双曲线应力分布形式。通过Flac 3D数值模拟技术和实验算例对其进行对比分析,证明其合理性。定义虚拟系数T用来描述锚杆与注浆体界面材料性质,并对其影响参数进行分析,发现锚杆长度在一定范围内可以增强锚固效果,但过度增加锚杆长度对杆体剪应力与轴向荷载影响较小;随着锚杆半径增大,锚浆界面剪应力峰值呈非线性减小,作用的范围增加,为避免产生应力集中现象,应避免使用半径较小的锚杆;虚拟系数T可以描述锚浆界面的相差度,T值增大,锚浆界面的剪应力增大,作用的均匀度及轴向荷载作用范围降低明显,可通过取合适的T值使锚固效果最佳。T值对锚杆锚固机制的影响较为明显。     

孔径对微型木锚杆加固石窟剥落病害抗拔力影响试验

剥落掉块病害是石窟普遍存在的病害类型,当前主要采用粘贴或粘贴加小锚杆锚固技术进行治理,但对小锚杆的锚固特性、抗拔能力、与其相适宜的钻孔直径等问题研究成果甚少。本项目提出采用微型木锚杆技术治理石窟剥落掉块病害,其典型特征是在直径小于２０ｍｍ的微型钻孔中,以松木锚杆为芯材、以环氧树脂－粉煤灰浆液进行灌浆锚固;主要研究木锚杆直径对极限抗拔力的影响、木锚杆直径不变时钻孔直径大小对极限抗拔力的影响等。试验结果表明：木锚杆极限抗拔力随木锚杆直径的增大而增大,但不成正比例增加关系;对确定直径的微型木锚杆,存在最佳钻孔直径的现象。工程实用时建议采用直径１０ｍｍ的木锚杆,相应的钻孔直径设定为１４～１６ｍｍ。     

巷道锚杆锚固力学特性现场试验研究

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力与锚固长度呈线性正相关关系,围岩及杆体强度越高,锚固力-锚固长度关系曲线的线性斜率越大,煤层及含砂质岩层中锚固力-锚固长度的线性斜率分别为1.63和2.96,玻璃钢锚杆在煤层中对应的斜率仅为0.41;在钻孔孔径和锚杆材质等均相同的条件下,锚杆极限拉拔力的端头位移在15～20 mm之间;锚杆的锚固性能与围岩破裂程度以及围岩原位黏聚力具有正相关性.     

岩石GFRP抗浮锚杆承载性能室内试验与机理分析

基于4根岩石GFRP抗浮锚杆的室内足尺拉拔破坏性试验,探讨了风化岩地基中全长黏结GFRP抗浮锚杆的界面黏结特性和承载性能,揭示了GFRP锚杆的细观破坏机理。结果表明：GFRP抗浮锚杆发生拔出破坏,主要是由螺纹表面劣化所引起的剪胀破坏;直径25 mm、灌浆体强度M30、锚固长度1.3和0.55 m的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力分别为255、195 kN,满足工程抗浮要求;GFRP抗浮锚杆杆体与灌浆体界面平均黏结强度介于2.41~5.10 MPa之间,高于《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）中钢锚杆与灌浆体的黏结强度推荐值。     

隧道围岩中注浆锚杆的应力分布及影响因素研究

为深入研究注浆锚固应力分布变化规律,以圆形隧道开挖为例,将注浆锚杆与周围浆体视作锚固体,分析锚固体受力特征,推导锚固体轴应力和剪应力表达式。通过理论分析和数值模拟对比证明理论解析的合理性,并分析不同影响因素下锚固体应力分布的变化规律,通过数值模拟与理论对比分析验证解析方法的可行性。锚固体两端轴应力均接近0,且在中性点处轴应力最大;锚杆直径越小,中性点越靠近隧洞中心;锚杆长度L对应力分布的影响最大,锚固体直径d_s、围岩内聚力c和初期支护施作时距掌子面的距离X₁对应力分布的影响次之。     

FLAC3D的锚杆拉拔数值模拟试验

为研究锚杆锚固力主要影响因素、锚杆拉拔过程中的整体失稳的规律等,采用三维显式有限差分法,建立锚杆拉拔数值仿真模型,进行一系列计算机模拟.结果表明:数值模拟计算的结果和现场试验得到的结果基本吻合,表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的;锚杆拔出的过程是慢慢滑移到突然整体失稳过程;锚杆锚固效应随着锚固剂的摩擦角、粘结力和有效围压的增加而增强;锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变,在拉拔初始时,自由端至锚固端,自由端锚固剂处的剪切应力为最大,锚固端处的剪切应力为最小接近为零,随着锚杆拉拔的进行,自由端处锚固剂与锚杆的界面屈服点首先达到,造成自由端处锚固剂与锚杆出现滑移现象,而随着锚杆拉拔的进一步进行,锚固剂所受的剪切应力慢慢呈现均匀分布,均都达到了最大值,均达到了锚固剂与锚杆界面的屈服点,锚杆出现整体失稳;在锚杆的拉拔过程中,锚杆的变形规律是自由端处的变形量最大,自由端至锚固端锚杆的变形量逐渐变小,同时锚固剂变形的规律与锚杆的变形规律相同.     

全螺纹高强锚栓锚固性能试验研究

为研究全螺纹高强锚栓的黏结锚固性能,以高强锚栓类型、高强锚栓直径d、锚固长度l_a及混凝土保护层厚度c为试验参数,进行了24组共计48个高强锚栓的拉拔试验。结果表明：端头高强锚栓较直高强锚栓可有效减小其所需的锚固长度。直高强锚栓黏结力主要集中在l_a=10d以内;增加c可以提高其锚固性能,增加l_a可以减小c对其黏结锚固性能的影响。混凝土的破坏程度和l_a直接影响高强锚栓受拉过程中能量转化和消耗。中国规范中有关锚栓锚固长度的设计方法过于保守。     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

Experimental and numerical studies on progressive debonding of grouted rock bolts

Understanding the mechanism of progressive debonding of bolts is of great significance for underground safety. In this paper, both laboratory experiment and numerical simulation of the pull-out tests were performed. The experimental pull-out test specimens were prepared using cement mortar material, and a relationship between the pull-out strength of the bolt and the uniaxial compressive strength (UCS) of cement mortar material specimen was established. The locations of crack developed in the pull-out process were identified using the acoustic emission (AE) technique. The pull-out test was reproduced using 2D Particle Flow Code (PFC^2D) with calibrated parameters. The experimental results show that the axial displacement of the cement mortar material at the peak load during the test was approximately 5 mm for cement-based grout of all strength. In contrast, the peak load of the bolt increased with the UCS of the confining medium. Under peak load, cracks propagated to less than one half of the anchorage length, indicating a lag between crack propagation and axial bolt load transmission. The simulation results show that the dilatation between the bolt and the rock induced cracks and extended the force field along the anchorage direction; and, it was identified as the major contributing factor for the pull-out failure of rock bolt.     

毛竹内嵌杉木的螺栓连接抗拉力学性能

在竹结构中,柱脚一般会出现受拉荷载,针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式,设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验.根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50％ 极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移,阐述了荷载位移曲线中不同变形阶段的特征,分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和...     

基于分段式模型考虑界面损伤的GFRP锚杆-砂浆粘结性能数值模拟

通过编写Vumat子程序定义玻璃纤维增强塑料（GFRP）锚杆材料参数,并考虑GFRP锚杆与砂浆界面的不均匀及损伤特性进行正交各向异性建模,借助ABAQUS有限元软件对GFRP锚杆与砂浆界面的粘结滑移特性进行分段模拟,探究GFRP锚杆轴力、界面剪应力分布形态,进而对不同直径GFRP锚杆-砂浆界面力学特性进行分析。研究结果表明：分段式有限元模型能够较好地反映GFRP锚杆-砂浆的粘结特性。随着施加荷载的增加,GFRP锚杆所受轴力逐渐增大,荷载传递深度逐渐加深,锚固作用自上而下逐渐发挥;GFRP锚杆拔出所需最大拉力、界面破坏位移随直径减小而增大。GFRP锚杆发生破坏的临界直径为28 mm,当直径大于28 mm时发生滑移破坏,直径小于28 mm时发生强度破坏。计算确定直径28 mm GFRP锚杆的锚固系数K₁为0.155。     

Mechanical mechanism analysis of tension type anchor based on shear displacement method

Based on the fact that the shear stress along anchorage segment is neither linearly nor uniformly distributed, the load transfer mechanism of the tension type anchor was studied and the mechanical characteristic of anchorage segment was analyzed. Shear stress-strain relationship of soil surrounding anchorage body was simplified into three-folding-lines model consisting of elastic phase, elasto-plastic phase and residual phase considering its softening characteristic. Meanwhile, shear displacement method that has been extensively used in the analysis of pile foundation was introduced. Based on elasto-plastic theory, the distributions of displacement, shear stress and axial force along the anchorage segment of tension type anchor were obtained, and the formula for calculating the elastic limit load was also developed accordingly. Finally, an example was given to discuss the variation of stress and displacement in the anchorage segment with the loads exerted on the anchor, and a program was worked out to calculate the anchor maximum bearing capacity. The influence of some parameters on the anchor bearing capacity was discussed, and effective anchorage length was obtained simultaneously. The results show that the shear stress first increases and then decreases and finally trends to the residual strength with increase of distance from bottom of the anchorage body, the displacement increases all the time with the increase of distance from bottom of the anchorage body, and the increase of velocity gradually becomes greater.