注浆伞型锚锚固特性现场试验研究

为了研究在膨胀土边坡快速抢险加固中伞型锚的锚固效果及控制方式,开展无浆或注浆伞型锚以及不同长度的常规注浆锚杆的现场拉拔工艺试验,测试了无浆或注浆伞型锚以及不同长度注浆锚杆的极限抗拔力。研究表明:(1)在一定长度范围内,常规注浆锚杆的极限抗拔力与锚固长度呈线性关系,抗拔力随着位移的增加先快速非线性增加,然后缓慢线性增加;(2)因为注浆所产生的粘结力在锚杆位移到一定距离时会失去效果,为了使伞型锚与注浆作用同时叠加发挥,应该对伞型锚进行合理预张拉,使得两者同时发挥最大抗拔力,提高极限强度,注浆可以使锚固段形成整体,受力更均匀,注浆后伞型锚达到破坏标准时仍具有一定的持荷能力,说明锚固段完整,仍有一定锚固能力;(3)当伞型锚仅需在滑体外的原状土体中进入15 m时,常规注浆锚杆在滑体外的有效锚固长度约为21 m,才可以提供与伞型锚相当的极限抗拔力。可知伞型锚对边坡的支护效果比常规注浆锚杆好,适合于膨胀土边坡快速抢险加固。     

悬索桥隧道式锚碇系统力学行为研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统数值模拟结果，通过现场原位相似模型试验进行验证，研究了锚碇系统的力学行为特征、变形机制及稳定状态。结果表明，在主缆张拉和运营阶段，围岩对锚碇的夹持作用是以锚碇前底板为支点来抵抗锚碇体后部向上转动和向前滑移。岩锚初始预应力、自由段长度、外部荷载量值控制着锚索及锚碇在锚碇系统中参与的荷载贡献值和作用时机。锚碇体倾角、长度、放大角、接触界面粗糙度及结合程度影响锚碇位移和系统的稳定性。     

隧道式锚碇承载机制的室内模型试验探究

为揭示隧道式锚碇的承载机制,探究加载过程中锚碇及周围岩体的力学响应规律,依托绿枝江大桥隧道锚工程,开展隧道锚1∶100室内三维地质力学模型试验。通过有效模拟散索鞍、主缆散股、预应力管道、钢绞线、等传力构件,真实地还原了隧道式锚碇的传力路径和特征。通过分析从加载到破坏过程中锚–岩界面压力,围岩应力、变形响应,揭示出隧道式锚碇抗拔承载过程的时空演化机制,并在分析深部岩体位移峰值点迁移规律和表观裂纹扩展过程的基础上,预测隧道式锚碇的破坏形态。主要结论有:(1)从加载到破坏过程中,锚–岩界面应力呈无响应(0～5P)–弹性增长(5P～13P)–加速增长(13P～19P)–迅速衰减(21P～23P)的阶段性特征;(2)自加载至破坏过程中,锚塞体是由后向前、逐层挤压上覆岩体,由近及远、逐步调动周围岩体联合承载的;(3) 5P荷载前,锚塞体和围岩基本无变形,5P～13P荷载下,锚体和围岩位移低速线性增长,13P～21P荷载下,锚体和围岩位移均加速增长且锚体位移增长速度大于岩体,23P荷载下岩体损伤严重,锚体因克服岩体束缚被拔出;(4)隧道锚表观裂纹是在锚塞体、围岩的位移加速增长后才产生,极限荷载下形成的网状破裂区为:拱顶以上50cm、洞底以下35 cm、墙左墙右各35 cm,隧道式锚碇最终的破坏形态为不对称的喇叭状。     

基于夹持效应的普立特大桥隧道锚现场模型试验研究

 为揭示隧道锚围岩夹持效应的力学机制,认识隧道锚围岩破坏模式并确定极限抗拔能力,进行圆台形锚体和圆柱形锚体的夹持效应对比试验。试验选择在普立特大桥隧道锚碇区勘探斜洞的2条平行支洞内进行,2种模型试体的侧面积和高度相同,以定量比较因夹持作用引起的隧道锚围岩极限抗拔能力的差别。试验结果表明,与圆柱形锚体模型相比,圆台形锚体模型因存在夹持效应,破坏前的变形量、围岩变形影响范围、破坏时的极限荷载明显增大。圆柱形锚体发生锚体混凝土与围岩接触面破坏,脆性破坏明显。圆台形锚体发生围岩沿不利结构面破坏,且破坏前经历了很长的屈服变形阶段,两者破坏模式完全不同。提出了夹持效应系数的概念及其计算模式,得出弹性阶段夹持效应系数、极限强度夹持效应系数分别为4.48,4.54。夹持效应产生的抗拔能力远远大于混凝土与岩体接触面的抗剪强度,是隧道锚抗拔能力的主要支撑。     

隧道锚承载特性及其破坏模式探究

隧道式锚碇的楔形结构造成锚–岩系统在不同的加载阶段表现出不同的承载能力,其中极限承载力又因锚–岩系统的破坏类型不同发掘空间巨大。首先基于一般力学原理和方法,分析锚–岩系统可能的破坏类型和隧道锚承载的阶段性,提出不同阶段隧道锚的承载力估值公式。利用数值试验和自编的破坏面追踪程序,揭示锚–岩系统的破坏演化规律,同时探究锚体结构楔形角和埋深对隧道锚的破坏面形态、破裂角和承载力的影响,主要结论如下:(1)破坏性数值试验追踪得到的锚–岩系统最终破坏形态为下窄上开口的倒喇叭形,室内2D模型试验结果验证了该破坏形态。(2)锚–岩系统的承载具有显著的三阶段特征,加载初期锚–岩界面无附加应力产生,中期界面压应力随工程荷载近似呈线性增长,加载后期界面压力随围岩破坏迅速降低。阶段承载的力学机制在于:隧道锚初始承载力仅依赖于锚体结构自身,由锚碇自重和由自重产生的界面挤压力、抗剪力两部分组成;而极限承载力取决于锚碇夹持岩体的范围,因而依赖于破坏面的位置、形态和破裂角等数据。数值试验揭示的锚–岩界面的应力随荷载变化曲线和锚–岩系统塑性区的扩展过程佐证了力学模型概化和阶段划分方法的合理性。(3)根据锚体楔形角和埋深的敏感性分析结果,发现:浅埋深、大楔形角情况下,破坏面倾向于圆台状;当埋深在35～45 m、楔形角为2°～6°时则破坏面呈喇叭状,埋深较大时倾向于界面破坏。喇叭形较窄段破裂角为2～3倍楔形角,较宽段破裂角则在20°～25°范围内,拐点位置距后锚面的距离稳定在1/2H处。(4)隧道锚的埋深不影响初始承载力,但极限承载力随埋深增加而增大;随楔形角的增加,初始承载力逐渐走低,但极限承载力呈先增后降的变化规律,表明锚碇结构存在优势角。     

基于统一强度准则的预应力锚索极限承载力计算

基于统一强度理论和极限平衡原理，结合预应力锚索破裂面的形状，推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、锚索的倾角、锚固体注浆压力、岩土体种类等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。为验证计算公式的实用性，分别在软岩与硬岩中考虑不同的影响因素对理论计算结果与实测结果进行了比较。研究结果表明：随着加权系数的增大，锚索的极限抗拔力相应增加，但破裂面形状基本没有改变；锚索的极限抗拔力主要取决于锚索与浆体、锚固体与岩土体之间的界面强度，而破裂锥体部分岩土体所分担的抗拔力较小；在软岩中锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度主要取决于锚固体与岩体的界面强度，受注浆压力的影响较小；在硬岩中注浆压力对锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度都有着重要的影响，随着注浆压力的增大，极限抗拔力和破裂锥体高度相应增加。     

焊接锚板型地脚螺栓抗拔承载力的试验研究及理论分析

地脚螺栓锚固端焊接锚板形成锚板型地脚螺栓,该机械锚固可显著提高地脚螺栓的锚固承载力及可靠性。以地脚螺栓直径、锚固长度为参数,设计并制作3种直径、3种锚固长度地脚螺栓抗拔承载力试件并开展抗拔承载力试验,考察其荷载-变形特性及破坏模式,并与光圆地脚螺栓的承载力特性、破坏模式进行对比。结果表明:抗拔承载力随锚固长度增大而增加,与光圆地脚螺栓相比,锚板型地脚螺栓的抗拔承载力提高约4～6倍;锚板型单个地脚螺栓的锚固承载力并不与其直径成正比。为此,开展锚板型单个地脚螺栓抗拔承载力的模拟分析,考察上拔受力时的传力机理及承载力变化规律。基于试验研究、模拟分析以及现行规范的相关规定,提出了锚板型单个地脚螺栓的锚固承载力计算理论。     

锚板型地脚螺栓抗拔承载力试验及计算理论

锚固端设置锚板可以有效提高地脚螺栓的锚固承载力,且具有传力可靠、加工方便等优点。本文分别开展不同锚固长度的光圆型、锚板型地脚螺栓抗拔试验,并对试件进行有限元分析,将研究结果与现有文献规范进行对比,重点考察上拔力作用下锚板型地脚螺栓的传力机理及抗拔承载力变化规律。研究表明,地脚螺栓在上拔荷载作用下,基于不同的锚固型式和锚固长度,有三种典型的破坏形式:(1)螺杆受拉屈服直至拉断;(2)基础混凝土与螺杆表面粘结破坏;(3)基础混凝土锥形崩裂破坏。目前的地脚螺栓抗拔承载力计算理论存在一定问题,本文基于前人研究成果,参考库伦破坏准则,提出锚板型地脚螺栓抗混凝土崩裂承载力的修正计算公式,可供工程设计应用参考。     

四组合焊接锚板型地脚螺栓抗拔承载力试验研究

为了满足工程结构与基础连接的承载力及变形要求,通常采用多个地脚螺栓组合锚固,正方形布置四组合地脚螺栓是常用的地脚螺栓形式.设计并制作不同间距、不同锚固长度的正方形布置四组合焊接锚板型地脚螺栓抗拔承载力试件,研究其抗拔荷载-变形特性及破坏模式,并与焊接锚板型单个地脚螺栓的试验结果进行对比.结果 表明,锚固长度较小时四组合地脚螺栓群主要发生混凝土开裂后锚固失效,当锚固长度达到20d时地脚螺栓群发生屈服并达到极限抗拉承载力;设置组合型地脚螺栓群可以极大地提高地脚螺栓的极限抗拔承载力.开展四组合焊接锚板型地脚螺栓的抗拔承载力模拟分析,考察上拔受力时传力机理及其承载力变化规律.现有文献规范计算结果相对保守,均比试验值要小.     

重力式锚碇型钢锚固系统安装施工控制要点

锚固系统是悬索桥主缆索力与锚碇结构的重要传力系统,其施工质量控制尤为重要。目前国内外悬索桥重力式锚碇锚固系统主要有型钢锚固系统、预应力锚固系统和钢拉杆锚固系统等。以白洋长江公路大桥北岸重力式锚碇型钢锚固系统的安装施工为例,简要阐述了型钢锚固系统安装施工的工艺流程及方法,提出了施工过程中的重点控制环节及要点,可为类似工程提供借鉴和参考。     

深废矿坑高陡边坡极限承载力计算方法研究

针对深废矿坑高陡边坡极限承载力问题,综合考虑锚索锚固岩体的压力墙和组合梁作用,结合Hoek-Brown强度准则,采用特征线法推导得到了矿坑高陡边坡极限承载力计算方法。结合工程实例,就坡度α、岩石力学参数GSI、m₀以及锚索的主动支护力等影响因素对矿坑岩壁岩石地基极限承载力的影响进行了分析,研究表明: (1) 承载力系数随坡度的增加呈线性降低,当GSI为45、m₀为7时,也即矿坑岩壁岩体为质量较差的石灰岩时,加锚后其承载力约为加锚前承载力的1.32~1.54倍,考虑锚索的组合梁作用可作为安全储备;(2)随着岩体质量越来越好,地基极限承载力系数增长的幅度越来越大,当坡度α为60°、GSI取85,坑壁为好岩体时,承载力系数值为1.28;GSI取45,坑壁为较差岩体时,承载力系数值为0.23;前者约为后者的6倍,表明岩体质量指标的好坏对承载力的影响较大。     

地下洞库围岩外加固抗炸弹爆炸性能研究

 为进一步提高已建地下洞库的抗爆炸性能,本文提出了对洞库围岩采用交叉锚固进行加固的方法,并通过相似模型试验对加固前后的洞库模型进行了爆炸对比试验;在采用数值模型计算验证后,利用数值模拟的方法分析了锚索参数以及围岩强度对洞库抗炸弹爆炸性能的影响。研究结果表明：在相同的爆炸荷载作用下,加固围岩洞室衬砌结构的压力峰值、加速度峰值、拱顶位移峰值及整体破坏程度均小于未加固围岩洞室,加固围岩的爆腔体积、塑性区半径均较小,岩体内裂缝较少,爆点附近岩体耗散的爆炸能量较多;加固锚索面积越大、倾角越大、间距越小、长度越大、加固围岩材料强度越高时,洞室衬砌拱顶的位移响应峰值越小,且锚索角度的影响最大,围岩强度和锚索间距的影响其次,锚索面积和锚索长度的影响较小。论文研究可为地下防护工程设计和坑道围岩加固提供参考。     

边坡加固中的锚固技术

通过对锚固技术的说明,分析了在岩土体边坡加固中岩质边坡的破坏原因,阐述了锚固力及抗拔力的概念,对预应力锚索结构及其作用进行了论述,最后指出采用锚固技术可使边坡岩土体形成一个复合整体,从而增加边坡稳定性,并改善和提高滑动面的抗滑性能。     

软质岩中压力型锚索锚固段应力分布特征

为了研究软质岩中压力型锚索锚固段应力分布和传递规律,进行了足尺现场试验.制作了与实际工程条件相似的试验锚索,在试验锚索的锚固段砂浆体中按一定间距设置了应变砖,记录了在不同张拉荷载下各测点的应变情况,测得压力型锚索锚固段的轴向应变和径向应变分布曲线.通过对试验结果进行分析处理,得到了锚固段与围岩界面剪应力分布曲线.测试结...     

乌江构皮滩水电站软基锚桩抗拔试验研究

在乌江构皮滩水电站水垫塘及边坡存在页岩、黏土岩、粉砂质黏土岩,且夹薄层泥灰岩和少量中细粒钙质砂岩,为典型的不均质软岩,为了克服运行期间的浮托力,设计采用1 200多根锚桩对该层软岩进行锚固,则锚桩的极限承载力、群桩的间距和锚固深度等3个主要指标需要通过原位试验确定。将地表变形测量和深部应力测量的一般方法应用于锚桩的径向变形和轴向应力影响范围测量,进行了5根锚桩抗拔试验,并设计了一套试验方法。通过研究不同边界条件下锚桩的破坏形式,确定了锚桩的极限承载力标准值。通过测试锚桩周围岩体铅直方向上抬变形沿径向的分布规律研究了锚桩对软岩的影响范围,确定群桩间距为12D(D为桩径),通过预埋钢筋计测试不同深度的应力大小,研究了锚桩深部应力的分布规律并确定了锚桩的锚固深度为42D。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅱ：模型试验

针对传统拉力型和压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。通过对传统锚杆及拉压复合型锚杆开展模型试验,对比研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其锚固性能。结果表明：拉压复合型锚杆极限抗拔承载力比传统拉力型锚杆大幅提高,拉压长度比为1∶2和2∶1时,分别提高79%和161%,且具有更好的位移延性和抗变形能力;拉压复合型锚杆峰后残余抗拔承载力显著提高,传统拉力型和压力型锚杆稳定残峰比最大值均不超过0.40,锚头相对拔出变形ξ_s=2.5%时,残峰比平均值分别为0.292和0.259;TC360-12锚杆和TC360-21锚杆稳定残峰比最小值分别不低于0.45和0.60,ξ_s=2.5%时,残峰比平均值分别为0.545和0.790;拉压长度比为2∶1的拉压复合型锚杆即将破坏时,受拉锚固段和承压锚固段协同承载能力更强,界面黏结强度得到充分发挥,锚杆极限抗拔承载力更高。     

在非腐蚀地层中全长粘结预应力锚索可用作永久支护

全长粘结预应力锚索在我国应用最早,应用范围最广,针对全长粘结锚索不能作为永久支护的观点,详细论述了全长粘结锚索的防护原理,并用大量的事实证明全长粘结锚索在无腐蚀地层中完全可以用作永久支护。全长粘结锚索具有造价低、结构简单、施工速度快、能最大限度的调动岩体的自承能力、与无粘结锚索相比承载力更大、长期使用中外锚头无须特殊保护等优点,在无锈蚀地层中应当优先选用,但是,要注意遵循使用条件     

地下厂房顶拱预应力锚索监测成果分析

本文对小浪底工程地下主厂房顶拱安装的锚索测力计在开挖期间监测的资料进行了初步分析,就后张锚索张力的孔道摩擦损失进行了初步计算。两者分析的吻合说明,这一阶段的监测资料所反映的锚索张力增加并不是表明厂房顶拱岩体因开挖而发生了下沉变形，而是锚索锁定后自身应力调整的结果，但这期间厂房的开挖爆破对锚索张力变化有瞬时影响。     

极限状态下岩体受拉锚杆锚固承载力的计算

从分析岩体中受拉锚杆的锚固机理及破坏形态出发,研究了承载能力极限状态下受拉锚杆的受力模型,建议在锚杆的锚固承载力计算公式中考虑锚固长度对平均粘结强度的影响,推导了能够反映极限状态下剪力传递机理的受拉锚杆锚固承载力计算公式,并结合岩壁吊车梁受拉锚杆锚固的工程实例与GB 50086公式的计算结果进行了比较、分析和探讨。