全螺纹GFRP黏结型锚杆锚固性能试验研究

 通过全螺纹GFRP锚杆的改进拉拔试验,测试与分析全螺纹GFRP锚杆在锚固工程中与岩体的黏结性能,并推导出GFRP锚杆的锚固承载力设计公式,给出GFRP锚杆锚固设计各参数的确定方法,以便于全螺纹GFRP锚杆在工程中的应用。试验测试项目包括砂浆强度、锚固长度、锚杆直径等对于全螺纹GFRP锚杆锚固力的影响,以及GFRP锚杆杆体黏结应力分布。测试发现：锚固力随砂浆强度、锚固长度、锚杆直径的增大而增大;黏结强度则随砂浆强度等级增大,但随锚固长度和锚杆直径的增大而减小。分析认为：采用全螺纹GFRP锚杆进行工程锚固时,全螺纹GFRP锚杆的直径可取12～32 mm,锚固长度应大于20倍的锚杆直径,锚固砂浆的强度等级为M15以上。     

反射波法在锚杆质量无损检测中的应用研究

基于反射波法的理论分析,结合锚杆模型试验及工程实际应用,对反射波法无损检测锚杆质量进行了应用研究。研究采用的检测仪是厂商按照JGJ/T 182-2009《锚杆锚固质量无损检测技术规程》[1]相关规定所制作的,可以检测锚杆杆长及注浆密实度两个指标。经过大量的模型试验、工程现场应用,得出如下结论:场地地质条件良好、注浆体强度高、锚固密实度级别高、锚杆长度长等情况下,只可以部分反映出锚杆密实度质量好坏;当锚固段存在缺陷、密实度不高或锚杆长度不长等情况下,反射波可反映出杆底信息时,可判断锚杆质量类别。     

南竹加筋复合锚杆加固土遗址研究

 南竹加筋复合锚杆是专门针对大体量土遗址加固设计的一种新型锚杆。通过试验证明,采用PS系列灌浆、南竹加筋复合锚杆加固土遗址符合文物保护的原则。当采用水泥砂浆作为灌浆材料时南竹加筋复合锚杆单位锚固力可采用30 kN/m,当采用PS-(F+C)浆液灌浆时单位锚固力可采用20 kN/m。南竹加筋复合锚杆加固土遗址时的薄弱界面是锚杆杆体与锚固体之间,水泥砂浆和PS-F灌浆材料的强度都可以满足南竹加筋复合锚杆锚固时的要求,水泥砂浆锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为187 kPa,特征值为85 kPa;12%PS-F与粉煤灰锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为114 kPa,特征值平均为52 kPa。     

高聚物锚固体与粉土间黏结性能试验研究

以竖向高聚物注浆锚杆为对象,对高聚物锚固体与粉土间的黏结性能进行了大量试验,详细研究了锚固体直径、密度、长度对黏结强度的影响;同时研究了不同锚固体长度下黏结应力的分布情况,及其在不同荷载作用下的变化规律。试验结果表明：钻孔孔径、锚固体密度、锚固体长度对黏结强度均有重要影响：黏结强度随锚固体密度的增大而增大,在小密度情况下增幅更为明显;黏结强度随锚固体长度的减小而增大,短锚固长度（2.5～ m）下土体的抗剪强度几乎能完全发挥,长锚固体（5 m）时仍具有较长的有效黏结长度;黏结强度基本随孔径的增加而减小。高聚物锚杆有较显著的黏结应力集中分布现象,主要黏结区域随着荷载增大逐渐向底部转移和扩大。     

引江济淮软岩钢筋、GFRP筋锚杆承载差异试验

引江济淮试验工程采用锚杆加固河道软岩边坡。通过对钢筋、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋锚杆实施现场拉拔试验以及锁定观测试验,研究钢筋和GFRP筋锚固性能差异。研究结果表明,试验软岩边坡下,GFRP筋锚杆承担的极限荷载大于钢筋锚杆,具有更高的界面黏结强度,GFRP筋锚杆为杆体拉断破坏,钢筋锚杆为杆体拔出破坏;GFRP筋锚杆的有效锚固长度小于钢筋锚杆,GFRP筋杆体轴力沿深度衰减速率大于钢筋锚杆,GFRP筋锚杆与胶结体具有更好的变形协调性;GFRP筋锚杆的预应力衰减率小于钢筋锚杆,锚杆预应力衰减缘自于界面黏结蜕化,围岩扰动对锚杆预应力衰减有直接影响;GFRP筋锚杆的锚固性能优于钢筋锚杆,界面黏结状态出现蜕化的剪应力水平高于钢筋锚杆。     

CFRP锚杆黏结性能试验及数值模拟分析

通过对锚固长度分别为240、300、350mm的碳纤维CFRP锚杆进行黏结性能试验,研究其破坏形式、弹性模量、平均黏结强度等基本力学性能及黏结滑移性能。基于以上拉伸试验滑移曲线,采用非线性弹簧单元COMBIN39模拟CFRP筋和黏结介质环氧砂浆之间的黏结滑移,研究锚固段受力随锚固深度变化情况,并对不同锚固长度锚固段受力情况进行分析,对于研究锚固段受力演变具有重要意义。     

应力波法锚杆加固无损检测的数值模拟分析研究

应力波法锚杆加固无损检测是一种快速、有效的无损检测方法。将锚固体中锚杆和砂浆近似看作各向同性体，应用复合材料的观点，建立砂浆锚杆在力学和物理上等效的一维匀质杆件模型，并确定了等效的工程常数。在一维杆纵向波动理论的基础上给出应力波在锚固体中传播的控制方程，对锚固体缺陷进行数值模拟，通过对控制方程的系数调整，模拟分析了不同缺陷的锚固体在冲击荷载作用下的动力响应。通过实际工程中模型锚杆的实测波形和数值模拟动测曲线进行比较分析表明，采用所建模型的理论分析结果能较好地反映实际锚杆瞬态纵向动力作用特征，激振力函数、等效参数、对锚杆纵向振动特征的模拟是有效的，对提高检测结果的准确性有较重要的意义。     

中风化砂页岩中抗浮锚杆极限抗拔力和有效锚固长度的研究

为了探究辽宁西部地区抗浮锚杆的极限抗拔力和有效锚固长度的取值,以辽宁阜新玉龙时代广场抗浮锚杆为工程背景,对抗浮锚杆进行现场抗拔试验,通过6根抗浮锚杆在连续荷载作用下的破坏性抗拔试验,测试锚杆杆体的抗拔力,并进一步利用公式推算锚杆轴力和剪应力,并绘制出锚固深度与轴力、剪应力的变化曲线。分析结果表明,注浆体与锚杆杆体间的轴力、剪应力分布是不均匀的,自孔口到杆底端呈逐渐递减的分布模式;当锚杆杆体的内力(轴力和剪应力)达到某一临界值时,锚杆杆体变形由弹性变化为塑性,这一临界值接近于杆体的极限抗拔承载力,锚杆抗拔时并非全长同时受力,而是分阶段受力;经分析此项目中抗浮锚杆极限抗拔力为270～330kN,抗浮锚杆的有效锚固长度约3. 6m,可为辽宁西部地区的中风化砂页岩中抗浮锚杆的使用提供参考依据。     

泥质砂软岩边坡加固锚杆黏结疲劳特征原位试验

引江济淮河(航)道工程水下软岩边坡采用钢筋锚杆加固,通过原位试验研究现有检测方法对软岩加固锚杆黏结状态的影响。研究表明,锚杆承担荷载越大,有效锚固深度越大,锚杆体界面黏结损伤程度与荷载大小正相关,黏结损伤主要受前期荷载大小影响,加荷次数导致的黏结损伤相较于前者是次要的;加荷过程中分级荷载的持荷时间越长,相同量级荷载引起的锚杆弹性伸长量越大,锚杆体界面黏结损伤程度与分级荷载持荷时间正相关;锚杆端部塑性位移是在卸荷过程中产生的,来自于黏结体围岩界面的相对位移,主要受卸荷方式影响,卸荷越快塑性位移越大,与分级加荷的持荷时间正相关;结合4种检测方法得到的黏结损伤特征,提出检测泥质砂软岩加固锚杆锚固状态更科学的试验方法。     

GFRP与钢筋抗浮锚杆承载特性试验研究

为深入了解GFRP锚杆的锚固特性,研究了GFRP抗浮锚杆代替传统钢筋锚杆用于地铁抗浮工程的可行性,以解决地铁抗浮中杂散电流对金属锚杆的锈蚀,满足永久性抗浮的要求。本课题组在前期对钢筋锚杆通过粘贴应变片进行杆体应力测试的基础上,又对植入光纤光栅传感器的GFRP锚杆进行现场拉拔试验,进一步研究GFRP锚杆的锚固机理与杆体应力分布。对比分析了钢筋锚杆与GFRP锚杆的破坏形态和杆体轴向应力与黏结应力分布规律的异同。分析认为:GFRP抗浮锚杆的破坏形态与钢筋锚杆有所不同,二者的轴力与剪应力的总体分布规律相似,但轴力和剪应力沿锚固深度的衰减速率和同级别荷载下相同深度处的应力水平有所差异;GFRP抗浮锚杆的锚固承载力可达到钢筋抗浮锚杆的水平且锚头位移可满足工程要求。     

锚杆锚固质量无损检测中的激发波研究

采用数值模拟和实验模拟的方法对锚杆-锚固体系中的波动特征进行研究。数值模拟和实验模拟都表明在一般测试激发波的频率范围内锚杆以及锚固体系中传播的波是导波，在不同频率时波的传播速度、波的衰减特性都不同。在锚固锚杆中存在最佳激发波，它能使波传播衰减最小传播距离最长。通过数值模拟的方式找到了对于实验室的锚固锚杆模型能使底端反射清晰可见的最佳激发波。据此定制了实验装置及传感器，实验结果与数值模拟取得了很好的一致性。实验和数值模拟都证明采用最佳激发波可以大人增加锚杆锚嘲质量检测中的测试深度。     

锚杆锚固体系中的固结波速研究

 采用理论分析、数值模拟和实验室测试对不同锚固质量锚杆中的应力波在锚固段的传播速度进行分析。模拟试验中采用不同龄期的混凝土模拟不同锚固强度,数值模拟中通过改变弹性模量和泊松比实现改变锚固强度。数值模拟和试验模拟结果定性吻合;都显示锚杆中锚固段的应力波波速(固结波速)和锚固介质的强度直接相关,固结波速和锚固介质强度之间成抛物线关系。起初固结波速随锚固介质强度的增加而减少,到达最底点后随着锚固介质强度的增加而增加。用数值模拟结果对产生这种现象的本质原因进行分析讨论。模拟显示固结波速随锚固介质强度的变化是由锚杆中的P波以及锚杆和锚固介质界面处产生的界面波此消彼长而引起的。     

回采巷道锚杆动载响应的数值分析

采用二维快速拉格朗日程序FLAC，对回采巷道锚杆支护(端锚和全锚)进行地震动载模拟分析，得出锚杆轴力随动载作用时间的变化规律，同时发现锚杆安装角对轴力的动载响应有很大影响。在给定的模拟条件下，锚杆一般不会因为地震动载而失效，但锚杆需保留有一定的抗拉强度潜能．端锚和全锚对动载的响应不同，端锚支护巷道受动载的破坏较全锚小，表明动载巷道锚杆支护应采用端锚(或加长端锚)方式。     

锚固体系无损检测的研究(英文)

基于锚固体系中的声频应力波的动力学和衰减特征的室内和现场试验研究与分析 ,提出了快速无损检测锚固体系锚固状态的声频应力波法和无损测定拉拔力的新方法 ,建立了锚固质量检测的分级标准 ,并实际应用于潘一矿锚杆支护施工质量检测 ,结果表明此检测方法是可行的和有效的。     

端锚锚杆工作载荷的导波确定法

 使用纵向导波对端锚锚杆的工作载荷进行无损检测。首先分析端锚锚杆工作载荷在锚杆自由段及锚固段的不同分布特征,然后计算纵向导波在锚杆自由段(承受拉应力)中的传播速度。当锚杆变形在弹性范围内时,随着自由段承受拉应力的增大,同一频率纵向导波在锚杆中传播的群速度逐渐减小,并且群速度与拉应力大小呈线性递减关系;对纵向导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射情况进行试验研究,结果表明,45～75 kHz频率范围纵向导波在锚固段上界面有明显的反射回波;提出使用纵向导波在锚固段上界面的反射回波及在锚杆自由段的传播时间来确定锚杆工作载荷的大小,由理论分析得到的工作载荷与导波传播时间的关系曲线与试验结果具有相同的趋势。     

Laboratory testing of a new type of energy absorbing rock bolt

Energy absorbing rock bolts are used as part of rock support systems in underground constructions that are exposed to e.g., rock bursts and detonating explosives. A rock bolt capable of absorbing kinetic energy from these loads must be able to yield with the ground movements and also deform plastically over large distances, at high displacement rates. A new type of energy absorbing rock bolt has been developed and tested in laboratory. The bolt is without a casing and consists of a steel bar that has an inner ribbed-like anchorage section and an outer nut that transfers the load from the rock via a circular disc. When subjected to a dynamic load, the lengthening of the steel bar leads to a decrease in diameter whereby the adhesive bond between bar and grout is lost and the outer end of the bolt is free to yield. The rock bolt is given a very good protection from corrosion when fully grouted in cement. In a laboratory, rock bolts in concrete cylinders were subjected to free fall tests to achieve a loading velocity of 10 m/s. The tests demonstrated that the distribution of plastic strain along the length of a grouted rock bolt is not constant when dynamically loaded. The sections where plastic yielding was allowed were not fully utilized in any of the cases, opposite to that in previous static tests which show almost constant elongation of the bolts. The tests also verified that the load-carrying components of the bolt, the nut and the anchorage, are reliable when dynamically loaded. Elastic and plastic waves will start to propagate through the rock bolt as it is suddenly loaded, resulting in permanent deformation along a section of the bolt. This yield process is demonstrated through a combined graphical and numerical method.     

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.     

张拉荷载下砂浆锚固岩石锚杆的力学分析

砂浆锚固岩石锚杆在张拉荷载下的轴向应力和剪应力分布非常复杂,为了研究这一问题已经进行了大量的试验,根据这些试验得到的应力分布曲线和相关结论,用比较简单的数学表达式对锚杆交界面上的复杂的剪应力分布情况进行理论描述。在交界面已经破坏的部分,剪应力近似为0,随着锚杆埋深的增加剪应力由0线性增加到其抗剪强度,然后再呈指数形式衰减到0。根据上述数学描述进行实例计算,计算得到的轴向应力和剪应力分布曲线与实测应力分布曲线基本吻合,表明用数学表达对锚杆交界面上的剪应力分布情况进行比较准确的描述是切实可行的。     

The holding mechanism of under-reamed rockbolts in soft rock

The holding mechanism of under-reamed rockbolts differs from that of conventional rockbolts, in which the bonding or the friction along the element–rock interface provides the holding capacity. The under-reamed end is kinematically blocked by the surrounding rock mass and can provide a greater holding capacity, especially in soft rock, whereas the strength of a soft rock frequently controls the bonding strength of the element–rock interface. Both an experimental study and numerical analyses were performed to examine the holding mechanisms of model under-reamed rockbolts subjected to direct pull out loading and pre-tensioning.When subjected to direct pull out loading, the holding capacity originates from the capacity of the rock resisting tensile fracture. Failure is characterized by the formation of a smooth, conical region bounded by a tensile crack, which subsequently separates from the surrounding rock. Correspondingly, the holding capacity is related to the tensile strength of the rock, bolt length and size of the under-reamed end.When subjected to pre-tensioning, the holding mechanism is provided by the ability of the rock to form two conical zones between the faceplate and the under-reamed end, and to prevent subsequent indentation of the two cones. Major factors influencing the holding capacity of under-reamed bolts include the size of the under-reamed end, bolt length and properties of the rock.