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。     

混凝土中锚杆锚固荷载传递特性研究

混凝土中锚杆的荷载传递特性主要取决于螺纹钢筋-混凝土界面的剪切特性。基于螺纹钢筋-混凝土结构面剪胀及破坏机制,建立了适应于混凝土中锚杆荷载传递模型,求得了塑性破坏条件及弹性条件下锚杆轴力和剪应力的解析解。探讨了锚杆轴力和剪应力随锚固深度变化的分布规律,分析了不同拉拔力、锚杆直径、剪胀角对荷载传递的影响,并提出有关设计建议。深入分析了初始侧压应力对锚固段始端位移及其对锚杆-混凝土界面相对位移的影响,同种条件下,初始侧压应力越高,锚杆承载力越高。所得结果可以为混凝土中的锚杆设计和计算提供一种理论参考,具有一定工程实际意义。     

循环荷载作用下可回收锚杆抗拔机理研究

目前有关可回收锚杆在循环荷载作用下的锚固机理研究较少,本文通过6组可回收锚杆拉拔试验,探讨不同锚固端锚板直径对该类锚杆变形破坏特征的影响,揭示可回收锚杆在循环荷载与极限荷载下的拉拔性能、破坏特征以及水泥砂浆锚固体应力应变分布等规律。研究表明:该新型可回收锚杆常出现杆体连接破坏和水泥砂浆破坏两种破坏模式;水泥砂浆锚固体靠近拉拔端部分受压,靠近锚固端部分受拉;水泥砂浆锚固体的破裂面形态与监测元件获得的最大剪应力方向一致。同时,针对可回收锚杆杆体与锚板的连接破坏提出了可回收锚杆应注意加强螺纹处强度的建议。研究成果对可回收锚杆的工程应用及设计具有借鉴意义。     

灌浆岩石锚杆 拉拔变形和刚度的理论解析

岩石锚杆的变形计算是锚固工程设计中的一个关键因素。基于协调剪切变形段锚杆和岩体间剪切变形刚度的线性假定,不协调剪切变形段锚杆和岩体间剪应力沿杆长呈幂函数型分布的假定,通过荷载传递微分方程,对全灌浆锚杆和有自由端灌浆锚杆的拉拔变形和刚度进行了理论分析,推导出沿杆长剪应力分布函数、轴力分布函数和位移分布函数,进而可获得锚杆最大拉拔力和拉拔荷载–位移曲线。根据剪滞理论,由灌浆锚杆周围岩体单元应力平衡微分方程,推导出 锚杆与岩体之间剪切弹性变形刚度 的计算公式。与其它理论结果比较,表明本分析方法是合理的、可行的, 对于灌浆锚杆变形、刚度及强度设计具有参考价值。     

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。     

楠竹加筋复合锚杆静力学性能试验研究

楠竹加筋复合锚杆是一种专门为土遗址加固而发明的新型锚杆,目前关于其力学性能研究尚不系统。本研究设计了单轴压缩试验、拉拔试验和三点弯曲试验,测试复合锚杆的静力学指标,分析锚杆的工作性能,为加固工程设计提供理论依据。压缩试验表明,径高比为1∶1和1∶2的复合锚杆试件的抗压强度分别是72.08MPa和43.48MPa,弹性模量分别是5.29GPa和5.25GPa。试件的压缩破坏形式是,带箍筋时发生散裂,不带箍筋时发生腰折破坏。拉拔试验表明,钢绞线受拉时复合锚杆内部界面上存在剪切应力峰,随着轴向荷载的逐渐增大,剪应力峰逐渐从邻近加载端向远离加载端的方向移动,平均最大剪切应力与锚杆长度呈指数关系。弯曲试验表明,复合锚杆试件弯曲过程中,内黏结剂与竹子界面剪切滑移变形大于钢绞线与内黏结剂界面的变形,过大的界面滑移和材料断裂是导致弯曲破坏的原因。研究认为,楠竹复合锚杆压缩强度较高,界面剪切强度较低,提高锚杆整体性能的措施包括增设端部锚定板、提高内黏结剂强度、提高钢绞线表面粗糙度等。建议锚杆吊装时宜多点捆绑,尽量保持直线状态,最大弯曲率不得超过2%。     

锚-土界面力学分析及拉拔试验研究

基于弹塑性状态下锚固体与周围土体之间的变形协调,建立围压条件下土层锚杆荷载传递机理模型,推导外荷载与锚固土层塑性半径及锚杆极限拉拔力之间的理论计算式。通过拉拔试验,分析锚固体所处应力状态、粗颗粒含量及土样含水率对土层锚杆极限拉拔力的影响。结果表明：在一定范围内改善土层锚杆所处的应力状态,有利于防止土层锚杆瞬间从土层中拔出;土样粗颗粒含量为60%时,试样较为密实,拉拔过程中土颗粒间的应力分布相对均匀,锚杆的承载力相对较大;在相同围压条件下,土层锚杆的极限拉拔力随着含水量的增加呈现出先增大后减少的趋势;试样极限拉拔力理论计算值与室内试验结果吻合较好,验证了理论模型的有效性。     

夯筑土遗址木锚杆四锚系统锚固机制物理模型试验研究

选择夯筑土遗址木锚杆四锚系统为研究对象,构建尺寸为2 m×2 m×0.5 m室内试验模型,运用自主研发的拉拔试验测试系统,获得四锚锚固系统的荷载位移关系与破坏模式。基于三维有限差分数值模拟方法,分析夯筑土体的位移场与应力场、单根锚杆轴应力以及锚杆–浆体界面的应力分布特征。研究结果表明,荷载位移关系前期处于弹性阶段,后期进入塑性阶段。单根锚杆周围土体的破坏半径约为26cm,杆间裂纹相互贯通,群锚系统呈现典型的复合锥形破坏。数值模拟结果表明,所选取的四锚对角线L_1、边线L_2、中线L_3三条测线位移分布特征相同,均呈对称的抛物线分布。四锚锚固系统的受力区集中在试样中部土层。随着荷载增加,锚杆–浆体界面的剪应力向锚杆末端转移,上部界面脱黏破坏。受到夯筑工艺影响,夯筑土遗址群锚破坏模式可能会沿着土层分离。研究结果对夯筑土遗址木锚杆群锚锚固系统设计具有较高的参考价值。     

拉力型锚杆锚固试验研究

采用改进型拉拔方式对锚杆进行拉拔试验,从而研究砂浆强度和锚固深度对锚杆承载力的影响,通过在锚杆表面粘贴应变片,得到拉拔过程锚杆—砂浆截面剪应力沿锚杆全长分布规律,根据现场锚杆拉拔过程的破坏形式,分析对应破坏机理。     

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。     

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。     

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。     

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.     

Investigation of masonry wall fixings subject to pullout load and torque

The experimental investigation into masonry wall fixings is carried out to develop an in-depth knowledge by investigating the factors which lead to a reduction in the effectiveness of scaffolding/brickwork anchors. Since the pullout test of fixings is currently not practical in construction site the research carried out to determine the potential use of torque test as an alternative. The information to assess how various parameters in anchor settings could affect the load bearing capacity of an individual anchor used in scaffolding/brickwork systems is presented in this paper. The correlation between the ultimate pullout load bearing capacity, the maximum torque values, the increments in anchor hole depths and diameters has also been determined. The method, which is described in this paper, can be used to estimate the in situ pullout strength of scaffolding/brickwork anchors by means of the calibration graph between torque and pullout load. The torque in practice can be applied by using a simple torque-meter like tool fits into the fixing and is clamped to it. Paper presents the results and draws conclusions.     

土钉墙变形的实用计算方法

本文在大量的土钉墙现场实测、模型试验、拉拔试验等资料的基础上,假定土钉轴力沿土钉轴线呈双抛物线形分布、土钉剪应力-位移关系满足理想弹塑性模型以及土钉面层不受力,推导出钉土相对位移、土钉墙坡面侧向变形和被动区土体内沿土钉轴线任意点土体位移的实用计算公式,给出了多根土钉及分步开挖后土钉坡面侧向位移增量的计算方法,讨论了本文提出的土钉变形计算方法中主要参数的计算模式,包括土压力、钉土间剪切变形系数、土钉整体稳定性计算等。通过三个工程的实测资料对本文计算理论进行验证,结果表明了本文土钉墙变形计算理论方法的有效性和适用性。本文所提出的土钉墙变形计算方法可以利用工程实践中大量的土钉抗拔实测资料,比较容易地推算土钉墙开挖后的变形情况,从而为土钉墙变形的预测和控制提供了设计和施工方面的依据和参考。     

全长粘结式锚杆抗拔力计算公式的探讨

从锚固系统的组成出发,考虑锚杆灌浆体界面强度和灌浆体岩土体界面强度对全长粘结式锚杆抗拔力的影响,以及浆体与岩土界面的塑性区发展,推导得到全长粘结式锚杆的抗拔力计算公式。通过比较算例,抗拔力计算公式得到证实,具有实用价值。     

不同埋深扩体锚杆竖向拉拔破坏模式试验研究

通过室内模型试验,研究砂土中竖直埋设的扩体锚杆在不同埋深条件下的竖向拉拔破坏模式。试验结果表明,扩体锚杆经过竖向拉拔,由于深径比的不同而存在3种破坏模式。浅埋扩体锚杆破坏体近似呈倒钟形并延伸至砂层表面,破坏模式属整体剪切破坏,在工程设计中应避免采用。深埋扩体锚杆破坏体在砂层表面以下一定深度内闭合成为"椭球形",砂层表面在扩体锚杆破坏后未产生变形,破坏模式属局部剪切破坏。因此,在工程设计中扩体锚杆应采用深埋形式。在浅埋与深埋扩体锚杆之间还存在一种过渡型锚杆,其破坏体形态兼具深埋与浅埋扩体锚杆破坏体的特征,但破坏模式趋近于浅埋锚杆,因此将其归类为浅埋锚杆破坏模式中。     

岩石群锚杆基础界限间距与群锚效率估算方法

岩石群锚杆基础是一种材料用量少、机械化程度高、主要发挥抗拔力、应用较为广泛的抗拔基础型式。在竖向荷载作用下,岩石群锚杆基础承载过程受到岩体抗剪强度、锚杆设计施工参数、锚杆-岩体协同工作等复杂因素的影响,其抗拔破坏机理和群锚杆相互作用等问题尚未揭示,使得现行规范在确定锚杆间距、群锚杆承载力等关键设计参数时需要依靠较多原位试验。应用弹性力学和岩石锚杆竖向抗拔传力规律,建立了岩石群锚杆基础的单根锚杆间无相互影响的界限间距近似计算方法以及岩石群锚杆群锚效率估算方法,理论计算结果与试验结果比较接近,可以满足岩石群锚杆基础初步设计要求。     

循环荷载作用下软土中吸力锚承载力拟静力有限元分析

建议了一种利用软土不排水循环强度，评价静荷载与循环荷载共同作用下软土中吸力锚承载力的拟静力弹塑性有限元方法。该方法首先依据软土的不排水静强度，通过弹塑性有限元计算，确定平均系泊荷载作用下土体单元的八面体平均剪应力，再据此确定与一定循环破坏次数对应的土单元循环强度；然后，按土单元循环强度再次通过弹塑性有限元计算，确定锚系泊点沿系泊方向的荷载位移曲线；最终由荷载位移曲线、按位移破坏标准确定锚的循环承载力。这一方法的特点是考虑了平均系泊荷载对软土循环强度、进而对静荷载与循环荷载共同作用下锚承载力的影响。为说明这一方法的可行性，进行了不同锚径、不同长径比、不同平均荷载、不同摩擦系数、不同加载方向、不同破坏模式条件下的软土中吸力锚循环承载力模型试验。利用拟静力有限元方法对模型试验结果进行了预测，预测结果比试验结果偏小，平均偏小不超过10%。模型试验结果还表明，软土中锚的归一化循环承载力随循环破坏次数的变化只取决于归一化平均荷载，可以忽略加载方向、锚的直径、锚外壁摩擦系数对归一化循环承载力变化关系的影响。若归一化平均荷载为0.5，当循环破坏次数为1000时，对于竖向破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的75%；对于水平破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的80%，这与已有的离心模型试验结果基本一致。