三种本构关系条件下锚杆摩阻力力学对比分析

为了研究锚杆体系的受力应力应变过程,提高锚杆的锚固效果,结合三种摩阻力本构模型完全弹性本构,弹性-理想塑性本构,弹性-软化塑性本构,建立了锚杆微观分析模型,对锚杆与岩体的相互作用力学过程进行了讨论。对于完全弹性本构给出了沿轴向分布的应力、应变和摩阻力,以及给出理论上的极限作用力;弹性-理想塑性本构存在一定范围内的屈服阶段,得到了屈服范围内的应力、摩阻力分布表达式,给出了对应作用力的屈服范围;弹性-软化塑性本构条件下,随着作用力的增大摩阻力呈现三个阶段,即完全弹性阶段、软化阶段以及残余阶段,并分析对应的应力、应变、摩阻力和分布范围。本文是基于锚杆摩阻力的不同模型条件下的力学分析,对于实际中的材料力学行为需要更多的实验工作。     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

锚固后岩体稳定性分析的能量法初探

现有常规的锚固后岩体稳定性分析方法是建立在传统岩体稳定性分析方法的基础上,仅把锚杆的作用简化为一个抗滑力,没有考虑锚杆的锚固作用对岩体滑移面上应力分布的影响。作者以一种新的思路来分析加锚岩体的稳定性,其中的一个重要思想是：滑裂面的极限抗剪强度是在滑裂面发生一定相对错动后才能完全发挥。根据新的思路并考虑锚杆锚固效应对滑裂面上应力分布的影响,新方法将从能量角度判定岩体的稳定性。     

矿山尾矿坝渗流及稳定性分析

基于渗流耦合及稳定性分析理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,对某尾矿坝的抗滑稳定性进行了模拟分析,并与传统的极限平衡方法运算结果进行对比,得出抗滑稳定性最小安全系数。模拟得到的稳定系数因考虑了渗流耦合作用,更为安全,同时引入了强度折减法并综合塑性区和位移云图,使得稳定系数的取得更具可靠性。     

压力分散型抗浮锚杆承载特性分析

随着城市地下空间的开发,地下建筑物的抗浮问题越来越突出,采用抗浮锚杆是一种有效的技术手段。压力分散型锚杆是一种单孔复合的新型锚固体系,本文分析了压力分散型抗浮锚杆粘接应力、轴力和承载力特性,建立了轴对称有限元模型并进行了模拟分析,得到了轴力与粘结应力的分布规律。结果表明:压力分散型抗浮锚杆轴向应力以及锚固段砂浆体与土体间的剪应力均比压力型锚杆得到了改善,其受力与载荷传递机制更具合理性。     

隧道预应力锚杆锚固结构承载效应及围岩力学分析

隧道中锚杆与围岩作用机理比较复杂，设计多偏于类比法和经验法，以锚杆在连续均匀地层中形成锚固结构为出发点，建立锚固结构承载强度表达式，并确定锚杆设计参数。通过对锚固结构承载特性分析，得到各影响因素对承载强度的贡献程度，在此基础上提出了“支护力放大系数”和“锚固界限强度”概念，再将锚固结构整体考虑并等效成支护力对隧道围岩应力分布、塑性区、位移进行重新求解，最终结合数值模拟和算例验证。研究结果表明：锚固结构对锚杆支护力具有放大作用，对隧道深部围岩也提供一个较强的支护力，锚固结构强度影响程度由大到小依次为力学参数、锚固厚度、支护强度，其中力学参数对锚固承载强度起着至关重要作用，合理锚固厚度为洞径的0.4～0.8倍，进一步提出了围岩稳定性控制原则。数值模拟中锚杆支护、等效力支护与理论结果加以比较，隧道周边的塑性区、应力分布、位移基本一致，可为锚杆支护下隧道围岩控制提供一种科学的分析方法。     

基于钢筋粘结滑移模型的灌浆-锚杆界面力学性能分析

为了研究锚杆-灌浆体系界面应力-应变关系,提高预应力锚杆锚固效应,运用前人提出的钢筋粘结滑移模型来模拟灌浆-锚杆之间力学性能。重点分析了锚杆全长范围内应力状态中的弹性阶段、弹性软化阶段两种应力状态下,锚杆沿杆长分布的轴力-位移关系。最后通过拉拔试验进行验证和校准,得出锚杆与灌浆界面的剪切力呈非线性力学特征,并与理论推导出的锚杆-灌浆界面切应力变化趋势一致,这对于研究锚杆围岩的受力和变形具有参考意义。     

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ)：二阶非弹性分析

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。     

锚固的双重孔隙–裂隙岩体流变模型及其地下洞室二维有限元分析

针对所提出的双重孔隙–裂隙介质西原流变模型,建立相应的锚固体模型,给出将锚杆材料的弹性模量、抗剪强度等效均化到锚固体中的数学表达式。模拟一个假定的矩形地下洞室,就毛洞、使用不同厚度的锚固单元和杆单元的工况,进行二维有限元计算,分析、对比围岩中的位移、应力及塑性区。其结果显示:系统锚杆对洞周位移有一定约束作用,但不与其长度成正比,与杆单元相比锚固单元对位移的约束作用要明显;锚固区有明显的应力集中现象,而随锚杆长度的增加围岩中应力分布及量值也有一定的变化;系统锚杆使得围岩中的塑性区明显减小,但其作用也不与其长度成正比;而对同样长度锚杆分别使用锚固单元和杆单元时,所得的塑性区面积接近,但分布形状有所不同。     

悬索桥锚碇结构2D有限元数值模拟与分析

悬索桥锚碇是平衡悬索桥主缆力的重要构件.锚碇必须具有足够的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性,即在主缆力作用下,锚碇的水平位移和垂直位移必须控制在允许的范围内.江西赣州赣江大桥为主跨408米的地锚式悬索桥,其锚碇座落在弱风化粉砂质泥岩层面,这种岩层属于软岩,在饱和状态下强度下降极快.为此,为了满足不同控制水位下大桥安全,锚碇基础面设计了齿坎结构以增加其稳定性.本文采用大型有限元Marc程序对西锚碇基础和地基进行了二维有限元数值模拟分析,得到了锚碇在运营阶段荷载作用下周围介质的水平位移和竖向位移分布规律,以及锚碇基础底部应力分布规律、齿坎接触面的应力分布规律以及周围地层的塑性区发展趋势.计算表明,齿坎对于减少锚碇水平位移和提高锚碇安全度上是有很大帮助的.