拉力分散型锚杆应力分布特性对比试验研究

针对自由段及锚固段长度相同的普通拉力型锚杆及拉力分散型锚杆,设计并进行了对比张拉试验。采用在各锚杆锚固段粘贴电阻应变片的方式,获得锚杆锚固段轴力及摩阻应力在整个张拉受力过程中的分布状态及变化趋势。试验结果表明,相比普通拉力型锚杆,拉力分散型锚杆可以显著改善锚固段受力状态。砂性土中锚固段长度为16m的普通拉力型锚杆,随着张拉荷载的不断增加,杆体轴力能够逐步传递至锚固段末端,但锚固段末端利用效率相对较低,而拉力分散型锚杆锚固段轴力分布状态较普通拉力型锚杆有较大改善,直接传递至锚固段后端的轴力更大,且分布更加均匀。但由于拉力分散型锚杆长锚索单元自由段的自由度未能完全达到设计要求,其传递至锚固段的轴力存在一定损耗。     

锚杆受拉时围岩的弹性变形分析

将摩擦桩荷载传递模型应用于锚杆受力分析,通过理论推导获得弹性状态下锚杆受拉时围岩的弹性变形解析解,并分别讨论了有效锚固长度、扰动围岩表面半径与锚杆所受拉力的关系。通过解析解与数值解的对比分析,说明该荷载传递模型用于锚杆受力分析是可行的,基于该模型的分析结论对于锚杆设计具有一定的应用价值。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅲ：现场试验

针对传统拉力型锚杆存在受力集中、锚固体与岩土体界面黏结强度发挥不充分、抗拔承载力偏低的问题,研发了一种新型拉压复合型锚杆。通过开展现场破坏性试验,对拉力型锚杆及拉压复合型锚杆的承载能力、荷载位移曲线及应变数据进行分析,结果表明：3组拉压复合型锚杆TC12-3、TC11-1、TC21锚杆的平均破坏荷载分别提高至拉力型锚杆的2.81,2.01,2.52倍;拉压复合型锚杆套管内的拉力传递损失率最大为20.5%,在自由段内的拉力传递损失率最大仅为6.8%,拉力传递损失主要发生在承压锚固段上;TC12-3锚杆的受拉锚固段长度最短,单位受拉锚固段长度分担荷载最高;TC21-1锚杆的承压锚固段最短,单位承压锚固段长度分担荷载最高;锚杆破坏时,TC12-3、TC11-1、TC21-1锚杆的受拉承载系数分别为0.398,0.470,0.600;且TC11-1锚杆表现为承压锚固段与受拉锚固段同时破坏,TC12-3、TC21-1锚杆表现为先后破坏;拉压复合型锚杆锚固性能显著提高主要是由于荷载分解作用,界面剪应力双向传递机制及短锚承载效应;从荷载位移曲线来看,拉压复合型锚杆具有较好的抗变形能力,在岩土锚固工程中,具有显著的优势和广阔的应用前景。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅲ:现场试验

针对传统拉力型锚杆存在受力集中、锚固体与岩土体界面黏结强度发挥不充分、抗拔承载力偏低的问题,研发了一种新型拉压复合型锚杆。通过开展现场破坏性试验,对拉力型锚杆及拉压复合型锚杆的承载能力、荷载位移曲线及应变数据进行分析,结果表明:3组拉压复合型锚杆TC12-3、TC11-1、TC21锚杆的平均破坏荷载分别提高至拉力型锚杆的2.81,2.01,2.52倍;拉压复合型锚杆套管内的拉力传递损失率最大为20.5%,在自由段内的拉力传递损失率最大仅为6.8%,拉力传递损失主要发生在承压锚固段上;TC12-3锚杆的受拉锚固段长度最短,单位受拉锚固段长度分担荷载最高;TC21-1锚杆的承压锚固段最短,单位承压锚固段长度分担荷载最高;锚杆破坏时,TC12-3、TC11-1、TC21-1锚杆的受拉承载系数分别为0.398,0.470,0.600;且TC11-1锚杆表现为承压锚固段与受拉锚固段同时破坏,TC12-3、TC21-1锚杆表现为先后破坏;拉压复合型锚杆锚固性能显著提高主要是由于荷载分解作用,界面剪应力双向传递机制及短锚承载效应;从荷载位移曲线来看,拉压复合型锚杆具有较好的抗变形能力,在岩土锚固工程中,具有显著的优势和广阔的应用前景。     

拉力型锚杆锚固段拉拔受力的非线性全历程分析

针对拉力型锚杆锚固段拉拔受力的非线性全历程分析问题,从锚杆荷载位移关系的指数曲线模型出发,建立锚杆锚固段的双指数曲线剪切滑移模型及其拉拔荷载传递解答,分析拉拔全历程中锚杆锚固段的荷载传递与荷载位移曲线特征,并采用实测数据进行对比验证,结果表明：双指数曲线剪切滑移模型反映了锚固界面的非线性和软化特性,且轴力分布和荷载位移曲线的理论计算值均与实测结果吻合得很好,验证了解析解的有效性。拉拔全历程中,锚杆锚固段荷载传递依次经历加载和滑移破坏2个阶段,锚杆锚固段剪应力分布在加载阶段逐渐从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,而进入滑移破坏阶段后,则进一步演变为一条最大值在远端的单调曲线且最大值不断降低直至锚杆被拔出。在剪应力的演变过程中,锚杆的荷载位移曲线则相应地表现为一条单峰曲线,锚固长度较大时,该曲线存在近似平台段。该研究成果可为拉力型锚杆锚固段拉拔受力分析和设计提供理论参考。     

预应力锚索锚固段的应力分布规律及分析

锚杆的锚固形式可以分为表面锚固型和内部锚固型两种。根据 Kelvin 问题的位移解,导出了内部锚固型锚固段的剪应力和轴力分布规律,经比较发现,其与已有表面锚固型锚固段的剪应力和轴力具有相同的分布形式,只不过参数不同,说明这两种锚固类型的受力特征是一致的。在此基础上讨论了拉力分散型锚杆锚固段的应力分布及其受力特征,并指出了其优缺点及其适应条件。     

基于能量法的锚杆失效模糊判别方法研究

从能量角度出发,在理想弹塑性土体模型下建立了拉力型锚杆的势能方程,在最小势能约束条件下推导出了锚杆拉拔荷载与锚固体长度的关系解析解,证明了锚杆极限锚固长度的存在,获得了不同土质环境下锚固长度的取值规律及其影响因素。引入模糊理论原理构建了锚杆失效的能量法模糊判别模型,并对模型中的失效隶属函数和临界模糊区间作了具体分析。通过算例,将本文方法与工程实际进行对比,结果表明：本文的计算模型可行有效,能量法模糊判别不仅能对锚杆可靠度做较合理分析,并能对大多数锚杆破坏失效的案例作出解释。     

来信照登

《岩石力学与工程学报》编辑部: 贵编辑部转来尤春安教授的函件(编者按:已发表于本刊2004年第2期第283页)于10月18日收到。两年多前拜读了贵刊刊出的尤教授的“全长粘结式锚杆受力分析”一文,颇受启发,觉得很有意义,是一篇好文章。于是产生了该文的研究成果是不是可以在实际工程中得到进一步推广和应用的想法,并产生了一个念头:尤老师推导出的粘结式锚杆的剪应力和轴力分布的弹性解是不是可以进一步应用到拉力型锚杆上来?并由此是否可以进一步确定拉力型锚杆的有效锚固长度,使工程锚杆设计更加量化,这样也许很有用处。基于该想法,通过一些工…     

拉力型锚杆锚固体应力分布规律的现场试验研究

对于拉力型锚杆的锚固体应力分布,理论模型显示其轴向应力随锚索深度单调递减,而锚固体岩土体界面的粘结应力则具有单峰性,杆体张拉荷载的增加可使得峰值平移或增长。然而,通过对不同长度拉力型锚杆进行粘性土层中的多循环加卸载极限试验,并采用分布式光纤传感技术进行应力测量后发现,真实的粘结段锚固体应力分布和变化模式,与理论模型相差甚远。实测的锚固体轴向应力先升后降,这是由于工程中拉力型锚杆在一定程度上实为拉压复合型锚杆。实测的粘结应力如理论模型一样具有单峰性,但张拉荷载的增加主要使粘结应力的峰值增长,并使有效发挥粘结应力的范围扩大。同时,试验还发现拉力型锚杆的锚固长度与极限抗拔承载力成正比,并指出"临界锚固长度"这一概念的问题。     

岩土工程中的锚固技术(三)——岩土锚固的若干力学问题(下)

<正> 3 锚固体内部的传力机理按照锚固体内部拉杆(预应力筋)与水泥浆之间的传力方式的不同,可将锚杆分为拉力型、压力型、剪力型三种,如图29所示。目前,国内外应用最广的仍为拉力型锚杆,这类锚杆的传力方式是通过拉杆与水泥浆以及水泥浆与地层间的粘结引导外力依次传递到岩石或土体中。从受力分析来看,拉力型锚     

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。     

锚杆与围岩共同作用的围岩特性曲线修正分析

基于收敛约束法原理,推导了考虑锚杆与围岩共同作用的圆形隧道围岩特性曲线弹性响应函数。并与数值模拟方法获得的不同锚杆布置情况下的围岩特性曲线进行比较,验证了解析方法的合理性。考虑锚杆支护与围岩共同作用后的围岩收敛特性曲线与原始围岩有较大区别,并与原始围岩刚度以及锚杆布置密度密切相关。根据解析结果与数值计算结果的进一步对比分析,对推导的解析函数进行了修正。修正后的解析公式,能反映锚杆布置密度对围岩特性曲线的影响。特别对于软岩隧道(V级围岩),在不同锚杆支护密度范围内,等效围岩刚度能够大致提高15%~35%,考虑锚杆与围岩共同作用对围岩刚度的影响不可忽略。本文提出的修正收敛特征曲线对指导隧道设计施工有一定的理论与工程意义。     

隧道系统锚杆研究现状与发展方向

对近40年以来国内外公开发表的隧道锚杆研究论文进行统计和分析,阐述隧道系统锚杆国内外研究现状,揭示隧道系统锚杆研究的薄弱环节。研究表明,隧道系统锚杆的研究主要集中在锚杆作用效果、锚杆计算理论、锚杆设计参数和新型锚杆研发等方面。部分研究表明黄土隧道拱部系统锚杆作用效果不明显,目前国内工程界及学术界对隧道系统锚杆作用效果的认识尚不统一;在全长黏结型锚杆的力学模型及计算理论方面研究成果较多,但基于Mindlin位移解推导的锚杆轴力解析解未考虑中性点的影响;关于隧道系统锚杆的设计及计算理论研究甚少,个别学者提出的经验公式及解析公式中的输入参数大多不易获取,因此在实际工程中仍难以应用;在隧道系统锚杆的设计方面,针对临界锚固长度有一定研究,但是在系统锚杆的布置方式及系统锚杆与围岩的匹配性方面尚无研究成果,隧道系统锚杆设计主要采用经验类比法。从力学机理及理论计算方法上对隧道系统锚杆与围岩联合作用机理及承载拱的承载原理进行深入研究,同时开展新型材料锚杆及新型构造锚杆的研发是未来的发展方向。     

8.8级拼接锚栓单向拉伸试验

为了研究采用钢螺纹套筒连接2个8.8级螺栓所组成的拼接锚栓的拉伸性能,对12组36个8.8级拼接锚栓试件进行拉伸试验,以确定不同直径的螺栓和钢螺纹套筒的连接长度,进而确定不同直径锚栓钢螺纹套筒的下料长度; 为了确定套筒连接的影响,对4组12个8.8级螺栓进行拉伸试验,并与拼接锚栓试件试验结果进行对比分析。结果表明:当螺杆直径d为16 mm,两螺杆与钢螺纹套筒的连接长度均为0.75d(螺杆拧入套筒7丝扣)时,试件的破坏均为螺杆从钢螺纹套筒中拔出,其余拼接锚栓试件破坏均为套筒外螺杆被拉断; 在相同连接长度下,不同直径不同螺距试件的螺杆螺纹平均挤压应力、平均剪切应力、平均弯曲应力大小相差很小,说明在螺杆与钢螺纹套筒连接长度范围内,3种应力的大小只与直径倍数的连接长度有关; 同一直径螺杆单边连接长度越小,拼接锚栓拉伸变形能力越好,拼接锚栓的延性越好,建议螺杆与套筒单边连接长度为螺杆直径的1倍(16,20,24 mm直径的螺杆拧入套筒9丝扣,27 mm直径的螺杆拧入套筒10丝扣),这样既能保证不发生螺杆从套筒中拔出的现象,也能使锚栓有较好的延性; 螺杆试件抗拉强度比拼接锚栓试件略高,但相对于螺杆刚度,拼接锚栓试件刚度略有退化。     

深部高地应力区软岩巷道模型试验及数值优化

深部巷道围岩大变形和失稳破坏是高地应力区巷道普遍存在的问题,有效的支护措施是保证深部巷道稳定的重要因素。以淮南某煤矿深部巷道为工程背景,通过相似材料模型试验利用YDM-D多功能地质力学模型试验系统,研究了巷道在无支护和锚杆支护两种条件下巷道围岩的变形破坏特征。研究结果表明:相似材料选用粘土、水泥、砂及水,配合比为4∶1∶20∶1.3的试件表现出良好的塑性大变形特性;相似材料模型经过锚杆加固后,洞壁最大位移有所减小,由15.4 mm减小为12.1 mm,加固效果不明显,表明锚杆的间距偏大,并用数值分析方法模拟验证了试验结果。采用正交设计结合数值分析方法对淮南某煤矿深部巷道喷锚支护方案进行了优化分析。结果表明:拱顶锚杆长度间排距分别取2.4 m、0.8 m、0.8 m,边帮锚杆长度间排距分别取3.7 m、0.8 m、0.8 m,底板锚杆倾角45°,锚杆长度间排距分别取2.9 m、0.9 m 、0.8 m,喷层厚度取120 mm加固方案效果最优。     

预应力锚索有效锚固长度和极限抗拔力的计算

在Mindlin位移解的基础上，导出了锚索有效锚固长度的计算公式，分析了影响有效锚固长度的因素；根据预应力锚索的三种破裂面形状，提出不同的破坏机理，依次为径向开裂引起的破坏、水平剪切引起的破坏以及既有径向开裂又有水平剪切的破坏，并推导出各自的计算公式。计算数据与试验结果吻合较好。     

高强度螺栓连接的应用问题探讨

在钢结构工程中对高强度螺栓的设计与施工应结合其具体构造情况,采用不同的设计和施工方案,以求达到经济性和合理性。对高强度螺栓施加预拉力所产生的作用和影响进行了分析,指出高强度螺栓是否有预拉力不影响连接的极限承载力,但其预拉力对于保证节点的刚度具有重要性和必要性。为施工安装方便,考虑高强度螺栓连接构造的多样化具有现实意义。     

Effect of grout properties on the pull-out load capacity of fully grouted rock bolt

This paper represents the result of a project conducted with developing a safe, practical and economical support system for engineering workings. In rock engineering, untensioned, fully cement-grouted rock bolts have been used for many years. However, there is only limited information about the action and the pull-out load capacity of rock bolts, and the relationship between bolt–grout or grout–rock and the influence of the grout properties on the pull-out load capacity of a rock bolt. The effect of grout properties on the ultimate bolt load capacity in a pull-out test has been investigated in order to evaluate the support effect of rock bolts. Approximately 80 laboratory rock bolt pull-out tests in basalt blocks have been carried out in order to explain and develop the relations between the grouting materials and untensioned, fully grouted rock bolts. The effects of the mechanical properties of grouting materials on the pull-out load capacity of a fully grouted bolt have been qualified and a number of empirical formulae have been developed for the calculating of the pull-out load capacity of the fully cement-grouted bolts on the basis of the shear strength, the uniaxial compressive strength of the grouting material, the bolt length, the bolt diameter, the bonding area and the curing time of the grouting material.     

大断面黄土隧道锚杆作用机理的离心试验研究

为研究大断面黄土隧道锚杆的作用机理,取西北地区现场Q3砂质黄土,根据黄土隧道离心试验基本原理,取相似比g值为80,并采用有机玻璃等相似材料模拟隧道初支结构。分别设置无锚杆、3.5m锚杆、6m锚杆、8m锚杆离心模型对比试验进行研究,结果表明,在初支封闭和系统锚杆施作之后的阶段中,系统锚杆长度从0m增加到8m时,地层和初支变形减小比例有所增加,拱顶沉降可减小11.67%,拱脚沉降可减小14.48%,地表沉降可减小7.12%,周边收敛可减小17.73%。但由于系统锚杆的施作会引起初支封闭时间由7d增加至10d,增加42.9%,且隧道拱顶沉降增加24.2%。所以,系统锚杆总体作用效果不明显,长度增加至8m,拱顶沉降仍会增加12.55%,初支封闭时间增加42.9%。在大断面黄土隧道中,系统锚杆对隧道变形的控制效果不明显,增加锚杆长度效果仍不明显,建议取消系统锚杆。     

新型屈服锚杆发展现状综述

介绍了屈服锚杆的工程应用背景和作用机理;综述了国内外近期研制的几种新型屈服锚杆结构、工作原理及其相关试验研究成果,包括国外的Garford锚杆、Yield-Lok锚杆、Roofex锚杆、新型吸能锚杆和D锚杆以及我国的.CRLD锚杆和新型高强预应力让压锚杆;在此基础上分析了当前屈服锚杆研制中存在的问题,指出了屈服锚杆今后的研究方向.