BFRP砂浆锚杆锚固黏结性能试验研究

通过6组BFRP砂浆锚杆拉拔试验,研究了BFRP砂浆锚杆的锚固黏结性能,分析了锚固长度、筋材直径、筋材表面特征对其黏结-滑移关系、锚杆杆体轴力分布、锚杆界面剪切应力分布的影响。结果表明：试验条件下水泥砂浆强度为27.49 MPa时,试件的破坏形态分为拔出破坏和劈裂破坏两类;锚固长度由5cm增加至10、15 cm时,黏结强度分别降低42.5%、67.78%;筋材直径由12.6 mm减至10、8 mm时,黏结强度分别增加20.61%、42.22%;与光面BFRP筋相比,黏砂BFRP筋黏结强度增加4.42%,峰值滑移量减少24.21%;锚杆杆体轴力自加载端沿杆体呈降低趋势,极限荷载时,杆体轴力均传递至锚固末端,BFRP砂浆锚杆有效锚固长度大于15 cm;锚杆界面剪切应力分布呈先上升后下降的单峰形式,峰值位置随荷载增加逐渐向锚固末端转移,同一荷载等级下,随锚固长度的增加,峰值应力越高。     

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。     

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。     

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。     

大直径内置光纤光栅玻璃纤维增强聚合物锚杆梁杆黏结试验

 纤维增强聚合物筋是一种新型复合材料,具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,用其替代钢筋用于边坡加固是解决锚杆耐久性问题的途径之一。采用内置光纤光栅的GFRP筋制作锚杆结构模型,用空心液压千斤顶施加拉拔荷载,用光栅传感技术监测杆体应变,研究大直径喷砂GFRP锚杆在框架梁锚固条件下的受力破坏机制。研究表明,本试验大直径25 mm GFRP锚杆在拉拔力、平均黏结强度方面均达到相同直径螺纹钢筋锚杆的设计指标,最合理的框架梁厚度为30～40 cm;瞬时荷载循环对GFRP锚杆界面黏结状态无明显影响;持续荷载作用下杆体界面的黏结状态会发生蜕化,随时间延续蜕化向深部扩展,荷载越大扩展深度越大,蜕化速度越快;光纤光栅监测技术是发现和观察锚杆界面黏结状态蜕化过程的有效手段。     

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。     

不同侧压系数下锚固力变化规律试验研究

通过室内拉拔试验,研究不同侧压系数下锚固失效形式及锚固力的变化规律。研究结果表明：不同侧压系数下锚固破坏以锚杆-锚固层界面脱黏为主,并部分伴有锚固层破碎、锚固层-钻孔壁脱黏;锚杆承受最大荷载随侧压系数的增大而增大,当侧压系数达到1.3时,锚杆所承受最大荷载达到最大值,之后随侧压系数的增大,锚杆所受最大荷载下降;黏结界面随锚固的破坏相继出现弹性变形区、塑性滑移变形区和脱黏变形区,径向荷载主要增加锚杆-锚固层界面塑性滑移变形区的摩擦力,从而增大锚杆拉拔最大荷载。     

土遗址用变径木锚杆锚固机理数值模拟研究

基于室内拉拔试验的物理模型,利用FLAC3D建立变径木锚杆拉拔数值计算模型,分析了变径木锚杆锚固系统的荷载传递规律、界面剪应力分布和传递规律、浆体土体应力场和位移场,并通过数值试验研究锚孔直径、锚杆直径和锚固长度对锚固效果的影响。研究结果表明:数值试验结果与室内拉拔试验结果较为吻合,证明数值模拟木锚杆拉拔过程的可行性和科学性;木锚杆浆体界面剪应力沿锚固段分布不均,主要集中在锚固段顶端和末端的0.1m范围内,末端界面剪应力呈增大的趋势与其变径的结构特征有关,其变径的特点在一定程度上提高了木锚杆的抗拔力;变径木锚杆同时具有拉力型和压力型锚杆的特征,径向具有剪胀作用;锚固影响因素中锚孔直径、锚固长度对木锚杆抗拔力影响显著,而锚杆直径对其影响相对较小;提出了木锚杆极限抗拔力计算公式。     

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。     

锚杆–砂浆界面黏结滑移关系的试验研究与破坏过程解析

 为研究岩石基础锚杆与砂浆界面的黏结滑移关系,分别进行室内短锚中心拉拔试验和现场长锚拉拔试验。在室内试验中,利用配置的6种水泥砂浆分析水泥砂浆强度和含砂率对黏结滑移关系的影响,得到试验的最优配合比。根据局部变形理论,建立能够描述长锚杆受上拔荷载作用时,锚杆–砂浆界面经历弹性状态、塑性软化和开裂滑移3个阶段的数学模型。应用该模型分析现场长锚杆试验数据,计算结果表明：(1) 当上拔荷载小于弹性极限荷载时,有效锚固长度为一恒定值,否则有效锚固深度将开始增加;(2) 当上拔荷载大于弹性极限荷载后,轴力F随深度z的衰减程度将因上部界面的软化和开裂而放缓。最后,得出有效锚固深度随上拔荷载增大而增加的计算公式。     

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究——国内相关研究进展(续)

文[28]（2007）报道了全长黏结玻璃增强聚合物锚杆破坏机制拉拔破坏模型试验。研究指出,在砂浆体强度较高条件下,可能发生锚杆拉断破坏,也可能发生剪切破坏;在轴向拉应力先达到锚杆抗拉强度时则会在自由段发生拉断破坏;在最大剪应力先达到纤维丝的抗剪强度时则在锚固段内先发生剪切破坏。试验测得的锚剐段杆体表面剪应力典型分布曲线见图15：     

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。     

单轴拉伸条件下断续节理岩体锚固效应试验研究

 选用改性橡胶粉–水泥砂浆模拟岩石,用玻璃纤维增强塑料作为锚杆模拟材料,通过室内试验研究单轴拉伸条件下,锚杆对含贯穿裂隙岩体的加固效应。结果表明：与不加锚试件的破坏形式相比,加锚试件均表现出塑性破坏特征;锚杆提高了节理岩体的变形模量和单轴抗拉强度,且加锚试件的变形模量和单轴抗拉强度随锚固角的增大先增大后减小;随着锚固角的增大,试件后期破坏模式发生改变,这与锚杆的黏结性能和抗剪切性能的复合作用有关。     

锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究

对近年来有关锚杆无损检测的研究工作进行总结.通过理论分析和实验研究,对锚杆锚固质量无损检测中的几个关键问题进行较为深入的探讨研究:通过逐渐改变锚杆自由段和锚固段相对长度的方法,研究底端反射的变化规律,得出锚固长度小于3/4首波波长时底端反射不明显的结论;通过对锚固体控制体积的力学分析,用水泥砂浆在不同养护时间内的固化程度和对杆体的握裹强度模拟锚固介质的黏结强度,得出固结波速与锚杆杆体、锚固介质及围岩之间的黏结强度有关的结论;通过对承载条件下锚杆动态响应的分析和实验研究,得出锚固体系的基频和动刚度与荷载呈幂函数增长的规律,以及锚杆的动态响应与锚杆的工作荷载与极限承载能力的相对大小显著相关的结论.研究结果可用于锚杆无损检测的工程实践.     

考虑剪切–滑移刚度变化的纤维筋锚杆锚固性能的能量算法

纤维增强塑料筋锚杆具有的高强度、耐腐蚀特性使其比传统钢锚杆更具应用前景,目前其相关研究尚处于起步阶段。锚固力学特征分析对其应用于锚固工程具有直接的指导意义,对此从纤维增强塑料筋锚杆拉拔试验所得P-s曲线出发,建立锚固段剪切滑移刚度沿程变化的界面黏结–滑移本构模型,该模型包含了对锚杆材料属性、岩土体性质、围岩应力状态以及接触面性质的综合反映。结合受力平衡方程和变形协调方程,以最小势能原理为约束条件,在边界条件下,通过离散迭代求解了端部锚固锚杆在拉拔荷载作用下锚固体轴向应力、侧阻力以及相对滑移的分布演化规律,并从能量角度推导端锚条件下锚杆临界锚固长度的计算模型。算例计算结果与实际工程所测得的规律和趋势相符,验证算法的合理性。该算法能够为纤维增强塑料筋锚杆锚固系统的分析和设计提供理论参考。     

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。     

分层土中锚杆变形的荷载传递分析法

根据锚杆与土体的相互作用机理,以弹性力学为基础,建立了拉拔荷载下锚杆锚固体与土体的受力平衡方程,在忽略土体的无旋应变下,利用锚固体和土体的变形协调和锚固体微元的平衡方程,推导出了锚固体外拉荷载与端头位移的弹性解析表达,并以此为基础,利用传递矩阵方法,计算并分析了分层土中单桩抗拔荷载和位移的关系。     

囊式扩体锚杆现场试验及数值分析

相比于传统锚杆,囊式扩体锚杆在杆体端部增加了橡胶囊袋,通过注浆膨胀可以形成高质量的锚固体。该类新型锚杆承载力高且具有良好的耐久性,在国内工程中已有不少的成功案列。但是目前关于囊式扩体锚杆的理论研究较少,进一步的推广受到了限制。通过现场试验和数值模拟,对囊式扩体锚杆的承载特性和囊袋膨胀的影响机理进行了研究。结果表明,端承力随着拉拔荷载的增大,在承载力中占比大;不均匀的囊袋膨胀体进一步提升了锚固效果。     

GFRP抗浮锚杆界面黏结性能现场试验

基于光纤光栅传感测试技术,通过对GFRP筋和钢筋抗浮锚杆现场拉拔破坏性试验,分析GFRP抗浮锚杆锚筋–灌浆体界面、浆–岩界面黏结特性,揭示锚固长度、锚筋材质、锚筋直径等因素对2种材质抗浮锚杆锚筋–灌浆体界面、浆–岩界面黏结强度的影响规律。结果表明：(1) GFRP筋和钢筋抗浮锚杆的破坏形式主要为拔断破坏和剪切滑移破坏;锚固长度为4.5,6.5 m的GFRP抗浮锚杆破坏荷载分别是同规格钢筋抗浮锚杆的1.21和1.13倍;GFRP抗浮锚杆锚筋–灌浆体界面的平均黏结强度高于钢筋锚杆,在0.99～1.03MPa范围;锚固长度是影响抗浮锚杆锚筋–灌浆体界面黏结强度的最重要因素。(2) GFRP抗浮锚杆浆–岩界面轴向应力在孔口处最大,随深度增加而降低;浆–岩界面剪应力呈先增大后减小趋势,在锚固深度约0.5m处剪应力达到峰值;通过对比不同材质、不同型号的抗浮锚杆发现,钢筋抗浮锚杆浆–岩界面黏结性能略高于GFRP抗浮锚杆,且随锚筋直径增大而提高。(3) GFRP抗浮锚杆锚筋、灌浆体与岩土体三者之间协同作用效果高于钢筋抗浮锚杆。     

两种不同材质抗浮锚杆锚固性能的现场对比试验研究与机理分析

为深入研究中风化花岗岩中以全螺纹GFRP筋材为杆体的全长黏结抗浮锚杆锚固机理及破坏机制,进行了螺纹GFRP抗浮锚杆与螺纹钢抗浮锚杆现场拉拔试验。试验结果表明,GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力高于钢筋抗浮锚杆;相同荷载水平,相同位置处GFRP锚杆的轴力大于钢筋锚杆,钢筋锚杆轴力沿深度衰减的速率比GFRP锚杆快;GFRP锚杆剪应力峰值点较钢筋锚杆更明显,钢筋锚杆的剪应力比GFRP锚杆发挥早,GFRP锚杆的峰值剪应力比钢筋锚杆大;就砂浆与围岩界面的平均黏结强度而言,GFRP抗浮锚杆高于钢筋抗浮锚杆;GFRP抗浮锚杆以杆体材料剪切破坏为主,而螺纹钢锚杆的破坏是锚固体与围岩界面产生剪切滑移破坏。