充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。     

膨胀土地区承压扩体锚杆现场试验及应用研究

膨胀土地区基坑采用桩锚支护对锚杆的承载力和变形控制提出了更高要求。为了研究成都膨胀土地区采用桩锚支护的可行性,以成都东郊某膨胀土基坑为背景,通过现场试验对比研究承压扩体锚杆和普通拉力锚杆的极限抗拔力、蠕变松弛特性,试验结果表明:承压扩体锚杆承载力高、变形控制好,蠕变和应力松弛均优于普通拉力锚杆。以现场试验结果为基础,进行方案比选后采用承压扩体锚杆+支护桩作为基坑支护方案开展应用研究。通过锚杆抗拔试验和锚杆应力监测结果以及基坑水平位移观测和周边建筑沉降观测,结果表明:承压扩体锚杆在成都膨胀土地区基坑工程具有良好适用性,研究结果可为类似工程基坑支护设计提供参考。     

全长黏结岩石抗浮锚杆荷载传递机制原位试验与有限元分析

基于青岛地区风化岩地基全长黏结抗浮锚杆的现场受力测试及有限元模拟分析,研究岩石抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特性,分析不同荷载作用下锚杆位移与轴力的变化规律,并将模拟结果与实测结果对比分析。研究结果表明:单根岩石抗浮锚杆均产生拔出破坏,极限抗拔承载力约为310k N,满足工程需要。荷载的传递深度主要集中在2.0m以内,与有限元模拟的结果较为吻合。荷载达到极限抗拔承载力时,锚固长度增加,其相应的上拔力会随之增大。抗浮锚杆的承载力受基岩的风化程度影响较大,中风化花岗岩中的抗浮锚杆的极限抗拔承载力约为强风化花岗岩中抗浮锚杆极限承载力的2倍。单根锚杆受群锚作用的影响其极限抗拔承载力会降低1/3。     

基于二次回归法的充气锚杆锚固特性影响因素分析

为了明确影响充气锚杆锚固特性的因素及因素间的交互影响,采用二次正交回归组合设计法,以抗拔承载力和位移作为评价指标,对充气锚杆埋深、气囊压力、土层含水率进行试验,并用响应面法进一步验证。结果表明:对充气锚杆极限抗拔承载力和极限位移产生影响的因素中,埋深的影响最大,但非越深越好,原因在于土压力过大时,形成的气囊较小,从而影响锚固效果;充气压力的影响次之,总体上随着充气压力的增大而增大;土体含水率的影响最小,通过对数据的分析,可以得出含水率的增加,会降低充气锚杆的锚固作用,但数据差异小,所以含水率起次要作用;埋深和充气压力的交互作用最为显著,充气压力与含水率组大于埋深与充气压力组产生的交互作用。     

砂卵石地层自钻式锚杆锚固性能现场试验研究

为研究自钻式锚杆在砂卵石地层中的锚固性能,开展了18根自钻式锚杆的现场拉拔试验,从极限抗拔承载力、荷载-位移曲线及界面平均粘结强度等方面进行了分析。结果表明：砂卵石地层中自钻式锚杆的极限抗拔力随锚固长度的增加而增大,当锚固长度超过一定数值后,对提高锚杆极限抗拔力的能力有所下降;在破坏荷载前,自钻式锚杆的抗拔荷载–位移曲线基本呈线性,且位移量较小,达到破坏荷载时,位移量急剧增大,荷载–位移曲线出现明显拐点;锚固体–卵石界面平均粘结强度均值为0.14 MPa,高于该地区卵石层推荐的qsk值0.11 MPa,且锚固长度约在2～4 m时,界面平均粘结强度整体处于较高值。     

充气锚杆数值单元的建立与分析

为了研究充气锚杆的受力特征及相应参数对于锚杆锚固力的影响,利用数值方法建立了充气锚杆的计算模拟单元,分别改变锚杆充气长度和充气压力,得到相应锚固力的变化规律,结果表明:随着橡胶膜长度的增大,锚杆的极限锚固力不断增大,二者符合线性关系;由于橡胶膜充气压力的不同,导致了不同的极限锚固力,锚杆极限锚固力与充气压力之间的关系,以及锚杆达到极限锚固力所需的位移与充气压力之间的关系,均可用线性方程进行描述。     

深基坑新型支护结构力学特性分析

针对深基坑工程在开挖支护过程中遇到的难题,提出框架自钻胎串式锚杆新型支护结构,对其结构构成和工作机理进行了详细探讨。基于柱孔扩张理论,推导出极限抗拔承载力和胎体临界间距计算公式,采用非线性有限元软件ADINA模拟了该新型支护结构的特性、抗拔机理,进行了现场拉拔试验,并将理论值分别与数值模拟和现场拉拔试验结果作了对比分析。结果表明：①抗拔承载力理论计算值与模拟值和试验结果基本吻合,验证了理论分析和数值模拟的正确性。②自钻胎串式锚杆的轴力在胎体段大幅度提高,发生“突变”,呈“锯齿形”。③与普通框架锚杆支护结构相比,框架自钻胎串式锚杆能够使坡体水平位移明显减小,更有利于基坑稳定。④自钻胎串式锚杆的极限抗拔力、极限抗拔位移与胎体径向应变之间存在正相关性。     

西北地区光伏支架微型抗拔类基础优化设计及试验研究

为了解决西北地区光伏支架基础的设计和应用问题,在传统抗拔类基础之上提出了微型锚杆复合桩。通过在西北某光伏电站砂砾石场地的现场足尺试验,由竖向位移观察装置及埋设在不同深度处的应力计对加载过程中各试桩的位移变形和轴力变化情况进行了全时动态监测,对比分析了传统抗拔基础和微型锚杆复合桩的承载特性及相关工程应用问题。结果表明:传统抗拔类基础的荷载 位移曲线形态因桩型不同而异,微型锚杆复合桩呈现缓变型;传统抗拔类基础的极限承载力普遍低于15 kN,而微型锚杆复合桩普遍高于60 kN,承载能力大幅度提高,但微型锚杆复合桩承载力随桩长提高方面存在临界长度（4 m）;微型锚杆复合桩抗拔承载特性优化参数分别从承载力、位移变形及复合优化效果3个方面定量表征了相近桩基尺寸下微型锚杆复合桩的优越抗拔工作性能;建议在西北砂砾石场地适度推广应用微型锚杆复合桩作为光伏支架抗拔基础,其中桩长设计可控制在4 m以内。     

中风化岩地基中两种不同材质抗浮锚杆的承载性能和变形特性

为深入研究中风化岩中玻璃纤维增强材料(GFRP)抗浮锚杆的承载性能和变形特性,通过改进的位移测试装置记录了钢筋和GFRP两种不同材质抗浮锚杆发生破坏时杆体和锚固段的上拔量。结果表明:两种锚杆破坏形态为拔断破坏或滑移剪切破坏,承载力和变形均能够满足工程需求。研究结果充分验证了GFRP锚杆的先进性和合理性;得到了抗浮锚杆最佳锚固长度和承载力取值方法;提出了锚杆拉拔试验中增设杆体位移测试装置的建议。     

成都卵石地层抗浮锚杆施工工艺及拉拔试验研究

成都卵石层地区抗浮水位高、地下工程结构承受的浮力大,单根抗浮锚杆抗拔承载力要求高,采用增加锚固体长度提高承载力的方法受到"长度临界值"的限制,增加锚固体直径、改善锚固体与岩土间界面特性对提高承载力起关键作用。采用钻机成孔、高压旋喷注浆的工艺施工锚杆,进行多级循环拉拔试验,根据锚杆的荷载-位移曲线及现场变形破坏特征,确定抗浮锚杆破坏模式为锚固体与岩土体粘结界面破坏。试验结果证明,卵石地层高压旋喷注浆工艺锚杆比常规注浆工艺锚杆的抗拔承载力高,可为进一步试验以及工程设计、施工提供参考。     

The Mechanics of Inflatable Anchors in Cohesionless Soil

This paper describes an investigation into the performance and pullout capacity of an inflatable anchor system. The anchor system comprises a hydraulically inflated rubber membrane or packer that may be bored into place and then inflated to provide pullout resistance. A series of scaled physical model tests were used to study the anchor performance and pullout capacity. The model tests were done in a calibration chamber using cohesionless sand and anchors of various length, diameter, embedment depth and inflation pressure. The anchor behaviour during pullout is interpreted using finite element analysis that accounts for non-linear soil behaviour, inflation and subsequent deformation of the inflatable membrane, and anchor-soil interaction. The scaled model tests and interpretations assist with identifying the dominant mechanisms affecting the pullout capacity of inflatable anchor systems.     

锚杆抗拔试验分析软件系统的开发

锚杆抗拔试验在锚固工程中具有重要地位,人工手算试验荷载并分析试验数据费时费力。针对锚杆试验加载过程和试验数据分析,采用微软VisualBasic开发了锚杆拉拔试验分析系统。该系统可计算相关试验各级荷载值、锚杆理论弹性变形、分析试验数据并绘制相关技术规范要求的试验曲线图。系统具有界面友好,快速可靠,便于用户编制试验报告。     

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。     

杆状支护系统的耦合模型及应用

锚杆/锚索等杆状支护系统在土木工程界的应用很广。但到目前为止，杆状支护物与被支护体之间的耦合机理却尚未十分清晰，有关支护效果的可靠合理的评价方法也并未成熟。基于Shear-Lag理论，提出一种改良的计算分析方法来描述杆状支护材料、交界面和被支护体之间的耦合作用机理。分析锚杆拉拔试验中由耦合到破坏的整个过程，提出一个计算交界面其实粘结强度的新方法。普通拉拔试验中，交界面的平均剪切强度低于其真实强度。二者的差别受支护杆的锚固长度和试件材料的物理力学性质的影响。若忽略试件材料的变形模量，可能导致试验的计算值与其实强度之间出现很大的偏差。分析不同变形模量试件体的拉拔试验过程，对于软岩支护中金属体的室内拉拔试验，建议试件材料的变形模量和相应的锚固长度。圆形隧道周边锚杆的受力状态分析表明，锚杆受力后存在拉拔区、中性点和锚固区。中性点的位置不但和隧道的几何尺寸有关，还与岩石的物理力学性质有关．计算结果和实测结果进行了对比，二者较为接近。     

新型伞状抗拔锚的制作及其试验研究

 针对传统锚杆的不足,结合带扩大头桩锚的优点,设计出一种新型伞状抗拔装置,该装置主要由伞状锚头(可在土层中张开)和张拉锚索组成,在制作成型的基础上对其进行3组拉拔试验,其中2组用于比较伞状锚在锚头处灌浆与无浆的承载性能,1组用于比较其与竖直抗拔桩的承载性能。试验结果表明,新型伞状锚的抗拔性能要优于传统的竖直抗拔桩,且锚头灌浆伞状锚的抗拔性能最好。结合试验过程进一步对伞状锚的受力机制展开研究,结果表明,伞状锚的抗拔力主要来源于锚头兜住的土柱重力和兜住土体与未兜住土体之间的剪切摩擦两部分,由此提出伞状锚极限承载力特征值的估算公式,从而为伞状锚的工程应用奠定基础。     

基于Labview同步数据采集系统开发及其在锚板抗拉试验中的应用

在锚板抗拉破坏试验中,运用现有的试验设备和数据采集系统完成试验和数据采集的情况较多,但只能测量上拔力和位移。利用图像对锚板上拔过程中的变形进行测量时,必须要求上拔力、锚板位移以及图像的一一对应,这一特殊条件对于传统的试验装置和数据采集系统无法实现。本文基于Labview图形化语言开发环境,开发了力、位移、图像同步数据采集系统。该系统具有友好的交互界面、简单易用,而且可根据试验要求任意添加或减少传感器的数量进行多用途试验数据采集。最后给出的应用实例试验表明,该数据采集系统得到的上拔力与位移关系曲线反映了锚板在松砂和密砂两种不同状态土中的力与位移关系的特征,即在密砂中上拔力随位移增加而迅速增加且当达到峰值后进入破坏阶段,上拔力随位移开始逐渐减小;在松砂中上拔力达到峰值点的位移要比密砂中大得多,且达到峰值后上拔力随位移几乎保持不变。密砂中图像分析得到的位移场表明,位移中间大,两边小,呈倒置梯形状分布,图像分析得到的位移与位移传感器测量的位移具有较高的一致性。     

抗拔锚板群锚基础模型试验研究

抗拔锚板上拔过程是一个复杂的锚土相互作用过程,锚板周围土体在上拔过程中的变形破坏机制对于抗拔锚板基础的极限承载力研究具有重要意义。基于PIV(particle image velocimetry)无干扰测量技术对砂土中方形锚板上拔过程中变形场进行了测量分析,研究了抗拔锚板群锚基础的破坏机制。试验结果表明:锚板间距对群锚破坏面的形状有着重要影响;在临界间距内,以锚板上部1倍边长为拐点,剪切带先内倾然后外倾向上贯通到土体表面,群锚效应系数与S/B为线性关系,由此预测出群锚效应达到100%时的锚板间距;达到临界间距后,每个锚板的剪切场和单个锚板剪切场一致,试验结果可为群锚基础极限抗拔力的预测提供参考。     

Uplift tests of jet mixing anchor pile

The jet mixing anchor pile is a new kind of supporting technology for foundation pit engineering in soft clay. The engineering features of jet mixing anchor pile as well as the difference between it and normal anchor bolt are introduced. The uplift tests of 4 jet mixing anchor piles are presented in detail to obtain the ultimate bearing capacity and load–deformation relationship of the piles. Load-transfer analysis, which is rarely applied in the analysis of uplift piles, is carried out on the piles with a hyperbolic calculation model. The load transfer method focuses on the interface between pile and soil, with which the non-linear behavior, the bearing capacity and the engineering features of the anchor piles can be fully studied. The calculated load–displacement curves of the piles have close agreement with that of the pullout tests, indicating that the proposed analytical solution is reasonable and feasible in predicting the bearing capacity of the piles. Thus, with this study, the supporting stiffness of the anchor pile can be predicted in the design stage of the foundation pit engineering, which is very important and meaningful in practical engineering. The decay curve of shear stress of soil surrounding the pile is derived with the load-transfer method, through which the minimum transverse space of each two piles can be decided against the pile group effect. Engineers can optimize the length and spacing of group piles through this.     

岩石锚杆水平刚度系数的计算方法

采用数值方法，模拟全粘结岩石锚杆的拉拔试验，求得不同条件下的岩石锚杆水平刚度系数，最后经曲线拟合和参数分析，推导出岩石锚杆水平刚度系数的计算公式。与有关试验结果的对比表明，公式计算结果与实际比较接近。     

玻璃钢螺旋锚用于稳定膨胀土渠坡的现场拉拔试验和锚筋的破坏形式

介绍了采用玻璃钢螺旋锚锚固河南省邓州市引丹灌区北干渠膨胀土渠道水上渠坡的混凝土框架梁节点和水下渠坡的混凝土板,联合土工格栅、土工泡沫(EPS)用于修复该渠道滑坡试验段(长50 m)的锚杆现场拉拔试验。无灌浆锚杆的拉拔力在30 kN以上(平均36 kN),灌浆锚杆的拉拔力在37 kN以上(平均45 kN)。分析了锚固参数如上覆土层厚度、锚杆钻进长度以及锚固后至拉拔前的时间间隔、灌浆锚杆拉拔时锚具附近锚筋的劈裂破坏等对玻璃钢螺旋锚抗拔力和拉拔位移的影响,并分析了锚固的土类对玻璃钢螺旋锚最大拉拔力的影响。最后通过试验中的观察,总结了玻璃钢锚筋常见的破坏形式。