扩体锚杆拉拔破坏机制模型试验研究

扩体锚杆拉拔过程中的锚周破坏体形态对于研究扩体锚杆的承载机制具有重要意义。为能够清晰地对锚周土体在锚杆拉拔过程中的破坏体形态进行观测与分析,应用数字照相变形量测技术对竖直拉拔的扩体锚杆进行一系列室内模型试验,得到扩体锚杆锚周砂土全变形场数字图像分析结果。试验结果与分析表明,深埋扩体锚杆破坏体形成于土层表面以下,呈封闭气球形。在极限承载力状态出现前,破坏体范围不断扩大,而在此之后,破坏体范围不再扩大,其内部土体被大幅压缩挤密。锚周土体剪切带在全过程中呈竖直的狭长带状,破坏体范围内的剪应变幅度不断增大。在此过程中,扩体段顶面以上的砂土发生体积压缩而侧面部分土体膨胀。在此基础上,建议以实际观测的破坏体形式建立扩体锚杆破坏模型与承载力计算方法。     

竖向正方形锚板水平拉拔极限承载力三维统一理论解研究

针对竖向正方形锚板水平极限拉拔力学机理和承载力理论研究存在人为区分浅埋、深埋,但界定标准不统一的问题,对其开展了破坏机制分析和极限承载力三维统一理论解的研究。通过板前四棱锥土核在垂直于板平面的竖直面和水平面投影三角形的形状演化来分别反映竖向和水平向破坏机制随土性、埋深比等因素变化的对称性;构建了竖向正方形锚板水平极限拉拔的三维统一力学模型;依次取不同受力体进行极限力学平衡分析;推导了拉拔极限承载力三维统一理论解。与其他理论方法、试验数据的对比验证表明:新的力学模型很好地实现了一个模型来反映不同埋深比范围破坏机制的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;统一理论解计算结果不仅与室内模型试验数据符合的很好,也和现场、大尺寸室内试验数据吻合;较3种国外方法计算结果更加接近于实测值,且具有更小的离散性,平均值总体上偏于安全,在4种方法中表现最好。     

铁路悬索桥隧道式锚碇受载破裂力学行为研究

隧道式锚碇是悬索桥锚碇的一种主要类型,由于锚塞体与围岩形成复杂的受力体系,其承载机制尤其是受载破裂全过程的力学行为尚不十分清楚。基于ABAQUS建立岩体弹脆塑性损伤本构模型,该本构同时考虑岩体张拉和剪切破坏机制,能够较好地模拟岩体变形破裂全过程,拓展原本构模型的应用范围;通过损伤数值分析揭示不同埋深情况下隧道式锚碇的破裂力学机制。结果表明,隧道锚变形破坏存在显著的渐进破坏特征,埋深变化下破坏模式的转变与围压作用下岩体脆-延-塑性的转换特征相关;浅埋情况下围压较小,隧道锚体系"脆性"大,发生喇叭形的张拉-剪切破坏;深埋情况围压较大,体系"延性"增强,破坏模式转变为沿锚塞体与围岩接触界面的剪切破坏,其极限承载力较浅埋情况大幅度增加。隧道锚的喇叭形破坏面与传统认识的直线型破坏面存在明显差别,将直接影响其承载力计算模型的建立,因此在隧道锚设计计算中应关注破坏面的实际形态,这对其他类似锚固工程,如抗拔短桩或锚杆的承载力分析也有参考价值。     

输电线路强风化软岩挖孔基础抗拔试验研究

山区风化程度高的岩基塔位采用挖孔基础,包括直柱挖孔桩、坛子型嵌固、扩底掏挖等3种模型。通过在强风化软岩中开展17组不同模型的挖孔基础上拔试验,分析基础承载性能与破坏机理。荷载位移曲线表明:浅埋时基础呈线性状态分布,深埋时呈缓变型分布;地表竖向位移变化规律表明,基础周围出现显著裂缝表征着基础即将整体破坏,破坏状态为基础本体与周围土体被整体拔出,基础发生整体剪切破坏;基础破裂角随埋深迅速降低,但达到一定埋深后破裂角基本不变;强风化软岩的岩石等代极限剪切强度取32kPa;以单位体积混凝土能承担的上拔承载力为准进行经济性分析,扩底掏挖型模型的经济效益显著。     

螺旋锚在基坑护壁工程中的应用

本文介绍了螺旋锚杆在基坑护壁工程中的应用,总结螺旋锚杆加工、护壁工程设计和运行维护的经验,完成了多组不同板径、不同埋深和各种土层中螺旋锚杆的拉拔试验,为探明破坏机理和验证设计公式提供了依据。     

浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

竖向条形锚定板水平拉拔极限承载力统一理论解研究

针对竖向条形锚板拉拔问题的研究存在人为区分浅埋、深埋,且界定标准及力学模型的对称性认识不统一,基于自主研制的条形锚水平拉拔可视化模型试验和数值模拟试验,研究拉拔过程中板前土体的位移变形规律。极限状态下,板前存在弹性核三角形区域,其角度变化可反映板前滑移线场的对称性;随着埋深比的增大,三角形弹性核的上角增大(φ~π/4+φ/2),上侧土体位移变形范围相对缩小,从延伸至地表收缩至板前附近;下角减小(π/2~π/4+φ/2),下侧土体位移变形范围则相对扩大,边界与竖向夹角在π/2~3π/4+φ/2间变化;上下角之和基本保持不变(φ+π/2),板前滑移线场由非对称逐步向对称发展。在此基础上,提出相应的假定,构建可考虑埋深等因素变化的竖向条形锚定板的水平拉拔极限承载力学模型,并推导出极限承载力的统一理论解。计算结果表明:新的力学模型很好地反映了板前滑移线场的对称性随埋深比的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;极限承载力统一理论解对砂土中竖向条形锚定板具有很好的适用性,计算结果与试验值符合的更好,较其它3种传统方法具有明显优势。     

基于粒子图像测速的锚板抗拔破坏机理试验研究

锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程,研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速(PIV)技术开展了一系列锚板拉拔试验,试验结果表明:PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示:锚板埋深较浅时,松砂地基中破坏模式呈现直面破坏,密砂地基中呈现斜面破坏;锚板埋深较大时,松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区,密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明:无论砂土地基埋深如何,松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2,密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。     

节理岩体偏压浅埋小净距隧道稳定性研究

以在建的石家庄市曹家庄小净距公路隧道为例,采用离散元UDEC数值力学模型,研究偏压浅埋大跨小净距隧道失稳模式和支护要点。研究表明:在浅埋地形偏压条件下,浅埋侧隧道节理破坏是小净距隧道整体稳定性的关键控制部位。浅埋侧隧道拱肩岩块先沿结构面滑移,接着中夹岩柱失稳,然后深埋侧隧道坍塌,施工中应重点监测浅埋侧隧道拱肩和边坡地表变形。锚杆可有效控制结构面滑移,改善节理强度,从围岩内部进行加固。     

黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力计算方法

基于极限平衡思想,提出黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力的计算方法。通过数值模拟,对超大直径顶管的破坏模式进行研究;基于破坏模式,推导提出极限支护压力的计算方法;根据实际工程的数值计算结果,验证提出方法的合理性;最后对提出方法的影响因素进行分析,并与其他理论方法进行比较,得到深埋和浅埋的临界深度。研究结果表明,超大直径顶管深埋主动破坏模式为水平圆锥体破坏模式,浅埋主动破坏模式为楔形体破坏模式;1.5倍直径为深埋顶管和浅埋顶管的临界埋深;提出的方法是合理的,而且过程相对简单,适用于实际工程;新方法适用于均质或者层状黏性土中,并且顶管还需在同一土层中顶进;新方法得到的主动极限支护压力值大于极限分析方法,但当内摩擦角接近40°时,得到的结果很接近。     

Investigations on pullout behavior of geogrid-granular trench using CANAsand constitutive model

Experimental and numerical investigations have been carried out on behavior of pullout resistance of embedded circular plate with and without geogrid reinforcement layers in stabilized loose and dense sands using a granular trench.Different parameters have been considered,such as the number of geogrid layers,embedment depth ratio,relative density of soil and height ratio of granular trench.Results showed that,without granular trench,the single layer of geogrid was more effective in enhancing the pullout capacity compared to the multilayer of geogrid reinforcement.Also,increasing the soil density and embedment depth ratio led to an increase in the uplift capacity.When soil was improved with the granular trench,the uplift force significantly increased.The granular trench improved the uplift load in dense sand more,as compared to the same symmetrical plate embedded in loose sand.Although it was observed that,in geogrid-reinforced granular trench condition,the ultimate pullout resistance at failure increased as the number of geogrid layers increased up to the third layer,and the fifth layer had a negligible effect in comparison with the third layer of reinforcement.Finite element analyses with hardening soil model for sand and CANAsand constitutive model for granular trench were conducted to investigate the failure mechanism and the associated rupture surfaces utilized.The response of granular material in the proposed model is an elastoplastic constitutive model derived from the CANAsand model,which uses a non-associated flow rule along with the concept of the state boundary surface possessing a critical and a compact state.It was observed that the granular trench might change the failure mechanism from deep plate to shallow plate as the failure surface can extend to the ground surface.The ultimate uplift capacity of anchor and the variation of surface deformation indicated a close agreement between the experiment and numerical model.     

砂土中锚板拉拔模型试验及其抗拔力计算

锚板基础因其具有良好的抗拔特性而广泛应用于各类岩土工程问题中。在不同密实程度砂土中采用不同几何形状的锚板进行小比尺拉拔模型试验,分析锚板型式及尺寸对上拔承载特性的影响。试验结果表明,相同直径和埋深比的螺旋锚与平板锚上拔承载特性无明显差别;相同埋深比时,直径为50 mm的锚板上拔承载力系数略小于直径为20mm锚板的上拔承载力系数,而其上拔破坏位移比明显高于小直径锚板。进一步根据破坏位移比与埋深比关系曲线确定中密及密砂中浅、深破坏模式的临界埋深比,同时结合已有试验结果假设两种破坏模式的滑裂面,利用极限平衡分析推导并给出两种破坏模式下上拔承载力公式;通过与41个拉拔试验数据进行比较,验证了所提理论公式的适用性及准确性。     

砂土中螺旋锚上拔承载特性模型试验研究

螺旋锚基础因其能够利用深层土体抗力且具有快速安装和承载的优势而广泛应用于各类岩土工程问题中。多锚片螺旋锚上拔承载特性受埋深、锚片间距、数量、土质条件等因素影响。相邻锚片相互影响导致土体破坏区域重叠,从而影响破坏模式和极限承载力,然而多锚片螺旋锚承载特性的理论及试验研究有限。针对砂土中螺旋锚锚片间距及数量对上拔承载特性及极限上拔承载力影响进行室内1g模型试验研究。结果表明,在中密砂及密砂中,单锚埋深比分别超过6.0和10.5时可认为是深埋锚。中密砂中深埋多片螺旋锚锚片间距在3.0D~4.5D时,各锚片承载能力能够独立发挥,承载量破坏模式发生;密砂中浅埋多片螺旋锚保证承载量破坏模式的锚片间距超过6.0D,但间距为6.0D时,螺旋锚发挥效率超过90%。增加锚片数量可适当提高上拔承载力,但当锚片数量增加使得锚片间距小于某一临界值时,柱状破坏模式发生,螺旋锚承载力不再增加;中密砂中此临界间距约为1.5D,密砂中临界间距约为2.0D。     

土层锚杆拉拔界面松动破坏分析

根据界面黏滑本构模型假定和剪切位移法基本原理,推导了土层锚杆拉拔临界松动荷载理论公式和锚杆拉拔荷载与松动长度内在关系表达式。界面黏滑特性致使锚杆剪应力重新分配,引起荷载进一步往里端传递,加剧里端锚固体损伤劣化。依据界面抗剪强度与残余强度之间大小关系将土层锚杆拉拔松动破坏类型划分为渐进式和突发式两种形式,并给出了破坏类型定量判别标准及其所对应的锚杆拉拔极限荷载理论解。最后,结合已有的锚杆拉拔试验资料,通过计算对比分析,验证了方法的可行性。     

风化岩地基GFRP抗浮锚杆力学与变形特性现场试验

利用光纤光栅传感技术,对10根GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验,研究了风化岩地基中GFRP抗浮锚杆的承载性能与变形特性。试验结果表明:发生滑移破坏的锚杆杆体、锚固体荷载-位移差曲线高于同型号发生断裂破坏的锚杆;锚固长度接近临界锚固长度的试验锚杆荷载-位移差曲线上升较平稳;增加杆体直径有助于提高锚杆承载能力、限制杆体位移并且降低杆体、锚固体的位移差。此外,杆体横截面轴应力沿锚固深度呈"反S型"分布,由孔口沿锚固深度方向递减;锚杆轴向界面剪应力沿锚固深度呈先增大后减小的趋势,且剪应力在锚固体内按斜向上方向由第一界面传递至第二界面。最后,利用剪应力分布简化模型求得杆体、锚固体位移差与发生滑移破坏的锚杆试验结果较为一致,可为GFRP锚杆的推广应用提供理论基础。     

Experimental studies on inclined pullout behaviour of geosynthetic sheet Vis-À-Vis geogrid - Effect of type of anchor and sand

This paper presents the details of an experimental investigation using large-scale inclined pullout apparatus on sheet geosynthetic and geogrid embedded in run-out, I-type, and L-type anchors. The influence of the type of sand on the behaviour of the sheet and the geogrid is also investigated. The results show that in both the sheet and the geogrid, I-type anchor provides approximately 50% and L-type anchor provides 90% higher pullout force than the run-out anchor. The maximum pullout force increases by more than 20% as the inclination of pullout force increases from 0° to 30° for both the sheet and the geogrid.     

螺旋锚技术在静载试验测试工程中的应用

对螺旋锚技术的应用及类型进行了介绍,给出了螺旋锚的浅层锚、深层锚的抗拔力理论计算公式。对甘肃某湿陷性黄土强夯地基处理后的工地,根据浅层土工试验及原位测试提供的土层参数,进行了抗拔力计算,并同实际单锚、双锚抗拔试验进行对比,验证计算结果的可靠性。采用螺旋锚反力法共进行了800多台静载试验,提出各种类型的螺旋锚反力支架,介绍了螺旋锚反力法静载试验经济、快速、安全、承载力高、节能环保、技术成熟等优点,最后总结了采用螺旋锚反力法静载试验需要注意的问题,可指导类似反力装置的安装和使用。     

Pullout performance of GFRP anti-floating anchor in weathered soil

Anchors are often used as anti-floating reinforcements in civil engineering structures. However, conventional steel bars present disadvantages concerning corrosion and poor adaptability to aggressive environments. Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) components could provide a solution to these problems. In this paper the feasibility of GFRP anti-floating anchors is evaluated. Four full scale pullout tests were performed in moderately decomposed granite (MDG). Bare Fiber Bragg grating (FBG) sensors were embedded into the specimens during the pultrusion process to monitor the stress–strain distribution along their lengths. Based on the results the behavior of the anchors was assessed, including the relationships between the pullout force and the head displacement, the axial strain along anchors and the shear stress at the GFRP-grout interface. The stress distribution of anchors showing interlaminar shear failure was then analyzed based on a maximum shear stress criterion. It was proved that the load transfer mechanism of GFRP and steel anti-floating anchors differs significantly. GFRP anti-floating anchors reach failure due to interlaminar shear failure, while conventional steel anchors generally fail as a result of shear at the grout–soil interface. The test results also showed that the embedded FBG technique is reliable for monitoring the stress–strain state of an anisotropic material.     

密砂中圆形锚上拔承载力尺寸效应分析

通过模型试验和有限单元法分析了密砂中圆形锚板上拔承载力的尺寸效应问题。分别对直径为20,50,400 mm的锚板在埋深比为2～6时进行拉拔试验,获得上拔力和位移关系曲线及极限上拔力。基于不同埋深比时板径与上拔承载力系数关系曲线,可发现:相同埋深比时,随着锚板直径增加,上拔承载力系数逐渐减小;且随着埋深比增加,此现象愈明显。考虑密砂强度随应变发展而出现的软化现象,对理想弹塑性Mohr-Coulomb模型进行改进,基于改进的模型对上述12个拉拔试验进行有限元数值模拟,同时与理想弹塑性模型模拟结果进行比较。结果表明:理想弹塑性模型严重高估锚板上拔承载力,而考虑土体软化的模型能够模拟锚板上拔过程中破坏面上土体强度逐渐发挥的过程,计算得到的极限承载力与试验结果吻合较好。尺寸效应产生的原因一方面由于应力水平对土体强度的影响,另一方面由渐进破坏引起;埋深比越大,随着锚板直径增加,周围土体依次进入破坏的过程愈加明显。