不同锚固角加锚无摩擦节理面剪切试验研究

为进一步阐明锚固角对锚固节理抗剪作用的影响,开展了无摩擦锚固节理双面剪切试验。对比不同锚固角情况下锚固节理的抗剪强度,分析锚固角对锚固节理抗剪性能的影响。试验采用应变片测量节理岩体中锚杆在节理面位置处的轴力,研究锚固节理在剪切荷载作用下锚杆的轴力变化规律以及变形特性。试验结果表明,锚固角增大,锚固节理极限荷载、屈服荷载以及抗剪刚度先逐渐增大后逐渐减小,在锚固角为60°时达到最大值;不同锚固角锚杆最终破坏模式不同,锚固角较小时,锚杆发生拉剪破坏;锚固角较大时,锚杆发生拉弯破坏;试验也发现,剪切位移较小时,锚杆的抗剪作用就已经充分发挥。     

考虑横向抗剪效应的节理岩体全长黏结型锚杆锚固机制研究及进展

全长黏结型锚杆在岩质边坡和洞室支护等领域有着广泛的工程研究背景,由于岩体的结构效应,全长黏结型锚杆除发挥轴向抗拉作用外,同时因不稳定岩体具有沿结构面发生滑动或滑动趋势而发挥横向抗剪效应。拉剪作用下,节理岩体锚杆与纯受拉荷载作用的锚杆在地质特征、力学机制、失效模式以及评价方法上存在本质的差别。近些年来,国内外相关学者针对节理岩体锚杆的力学与变形特征、岩石/浆体与锚杆的相互作用和锚杆破坏机制及模式等方面开展大量的试验研究与理论分析,以揭示与其地质力学特征相适应的锚固机制、建立相应的锚固理论体系和工程设计方法。本文从结构控制稳定的角度出发,系统地分析节理岩体锚固机制研究的工程背景和科学意义,探讨拉剪作用下节理锚杆的力学与变形演化规律,揭示基于岩石/浆体与锚杆相互作用的节理岩体内在锚固机制,对比分析节理岩体锚固弹性地基梁模型和结构力学模型的优缺点。在总结分析节理岩体锚固研究成果的基础之上,指出当前研究重点及存在的问题,提出节理岩体锚固理论与评价方法的研究方向,有望对完善节理岩体锚固理论体系及建立工程设计方法提供参考。     

考虑法向应力与岩石强度的加锚节理岩体剪切力学模型研究

为分析法向应力和岩石强度对锚杆锚固效应的影响规律，选取红砂岩、石灰岩、玄武岩3种代表性岩石开展加锚节理岩体直接剪切试验，基于试验结果，根据静定梁理论和最小余能原理，建立考虑岩石结构效应和等效剪切面积的加锚节理岩体力学分析模型，并结合理论计算公式，分析不同锚固角下岩石强度对锚杆轴向力和剪切力的影响规律。研究表明：锚杆的锚固效应在宏观上表现为增加节理面的当量内摩擦角和黏聚力，且岩石强度越大，锚杆对节理面剪切强度的贡献值就越大。与试验数据和已有分析模型对比分析表明，理论模型的计算值与试验结果更为吻合。通过计算分析可知，随着锚固角的增加，锚杆轴向力对节理面剪切强度的贡献度逐渐减小，剪切力对节理面剪切强度的贡献度逐渐增加，并且锚杆最佳锚固角在50°～70°范围。     

Calculation of complete curve of shear resistance for bolted rock joints based on large deformation analysis（基于大变形分析的锚固节理岩石全程剪切阻力计算）

提出了一个基于测量锚固节理岩石位移的用以预测锚杆拉剪大变形行为的分析模型,给出了受拉剪荷载作用下的锚固节理岩石综合抗力的表达式,得到了考虑锚杆作用的锚固节理岩石剪切阻力与节理位移(或节理中锚杆变形角)间函数关系的理论全程曲线,试验验证了理论方法的有效性.     

基于大变形分析的锚固节理岩石全程剪切阻力计算(英文)

提出了一个基于测量锚固节理岩石位移的用以预测锚杆拉剪大变形行为的分析模型，给出了受拉剪荷载作用下的锚固节理岩石综合抗力的表达式，得到了考虑锚杆作用的锚固节理岩石剪切阻力与节理位移(或节理中锚杆变形角)间函数关系的理论全程曲线，试验验证了理论方法的有效性。     

白砂岩、大理岩及花岗岩加锚剪切力学特性研究

为研究不同自然岩石材料锚杆锚固前后剪切力学特性的改变,选取白砂岩、大理岩及花岗岩3种代表性的岩石,对其切割、钻孔、锚固、养护后进行直接剪切试验,每种岩石材料分为无锚与加锚2种情况,试验中设置3组法向应力级别,探究不同自然岩石材料在不同法向力及剪切力作用下的受力和变形特征,对比分析岩性及节理面法向应力等因素对加锚节理岩体剪切力学特性的影响规律。试验结果表明:自然岩石与水泥砂浆等类岩石材料的加锚力学特性具有一定差别,锚杆锚固能够增加岩石节理面的当量黏聚力及内摩擦角,岩石材料的抗压强度对加锚节理面力学特性具有重大影响,岩性越软,岩石的加锚力学特性与类岩石材料越相近,岩性越硬,锚杆对岩石节理面抗剪强度的提高幅度越大,锚杆加固效果越显著。     

地下工程岩体剪胀与锚杆支护的相互影响

 探讨隧道开挖边界附近的岩体剪胀对全长黏结式锚杆轴力分布的影响,区分依赖围压和塑性剪切应变的岩体剪胀与恒定的岩体剪胀对锚杆支护作用影响的差异性,分析锚杆对岩体膨胀的抑制作用。研究结果表明,对于恒定的剪胀角值,锚杆轴力随着剪胀角的增加而增加,且梯度亦随之增加,但其不能反映剪胀对隧道围压和岩体塑性变形的依赖关系,从而低估锚杆在低围压区域内遭受的张拉荷载,并高估高围压区域的所受的张拉荷载。由剪胀角模型计算得出的锚杆轴力分布突显锚杆在低围压环境下承受的较大张拉荷载状态,以及围压增加导致其轴力快速降低的行为趋势,能够合理反映锚杆在地下工程应用中的力学行为。由于锚杆支护增加岩体围压,抑制高剪胀区的扩展,从而减小隧道围岩的变形。在地下工程支护设计中,应重点支护紧邻开挖面低围压环境的岩体以有效地控制其破坏和膨胀变形。     

节理岩体中锚杆剪切力学模型研究及试验验证

依据最小余能原理,在考虑节理岩体中锚杆剪切变形的基础上,分析了节理面水平剪切位移与锚杆轴向及切向变形之间的关系。结合锚杆受力特点拟定了锚杆屈服模式的判定流程。建立了考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度理论计算模型,并通过室内物理试验验证了理论计算模型的准确性。讨论了锚杆倾角、围岩抗压强度、锚杆直径、法向应力等因素对加锚节理面抗剪强度的影响规律。结果表明:所建立的锚杆剪切力学模型能够较好的反映锚杆轴向力及剪切力对节理面抗剪强度的贡献;考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度计算结果与试验结果较为吻合;锚杆倾角及围岩抗压强度越大,锚杆轴向力越小,剪切力越大;锚杆直径增大,锚杆轴向力及剪切力都会增大;节理面法向应力会显著影响剪胀效应,法向应力越大,节理面抗剪强度越高。     

加锚节理面抗剪性能研究

本文通过室内模拟试验和理论分析,着重探讨了锚杆对节理面抗剪性能的影响,以及杆体阻止节理面发生相对错动的“销钉”作用机制,提出改进了的估算加锚节理面抗剪强度公式。试验结果表明:加锚节理面的抗剪强度随剪切位移的增加而增大。试验和理论分析都表明,即使不大的剪切位移就已使杆体的抗剪作用得到充分发挥。试验研究还充分显示出锚杆倾角对加锚节理面抗剪强度的重大影响。 本文在给出了用于描述加锚节理面抗剪性能的分析模型和理论分析方法的基础上,导出了计算锚杆最佳安装角的公式。用此算式求得的最佳安装角与实验结果十分吻合。本文还分析了当前在有限元分析中经常使用的一些锚杆单元模型的不足之处,并指出了改进的方向。     

BFRP筋锚固节理岩体剪切行为试验研究

玄武岩纤维复合材料(BFRP)锚杆逐渐应用于锚固工程,为研究BFRP锚杆锚固节理岩体剪切特性,采用室内直剪试验对比分析BFRP筋和传统钢筋锚固节理岩体抗剪性能,包括剪切强度–位移曲线、抗剪强度、锚杆失效特征和锚杆内力变化等特性,同时考虑粗糙度、锚固倾角、法向强度等因素影响。结果表明,BFRP锚杆较钢筋锚杆相比弹性段剪切刚度低,峰值剪切位移较大,但残余剪切强度较高;BFRP筋锚固剪切峰值前吸收的能量更多,吸收总能量与钢筋大致相同,剪切过程中同样表现出韧性。BFRP筋锚固节理岩体抗剪强度受锚固倾斜角度的影响较大,垂直锚固时锚固抗剪强度较低,锚固倾角减少为60°以下时则能发挥出相对钢筋更高锚固抗剪强度。BFRP锚固节理岩体剪切失效特征主要分为：树脂基质断裂;树脂基质和纤维均被剪断裂;树脂基质和周围岩体断裂。BFRP筋失效时无明显塑性屈服现象,树脂基质往往在较小的剪切位移下断裂,而纤维能抵抗较大的节理面错动,提高法向应力对剪切强度的贡献量。通过应变监测数据定量分析锚固角度为60°时BFRP筋与钢筋的轴力和剪力对剪切强度贡献关系,相同剪切位移下BFRP锚杆轴向力增长更快,轴向力对剪切强度的贡献更...     

顺层岩质边坡锚杆支护机制研究

 全长黏结型锚杆作为一种有效且经济的加固手段,在边坡工程中得到广泛的应用,但其锚固机制尤其是考虑岩体结构特征的锚固理论需要进一步的研究和完善。基于顺层边坡的地质结构特征,考虑边坡岩体与锚杆的相互作用,运用弹性力学和结构力学对全长黏结型锚杆加固顺层边坡的机制进行研究,提出新的锚杆加固顺层边坡的力学模型。分析结果表明,顺层岩质边坡的锚固抗力由锚杆轴力与抗剪力共同提供,锚杆抗剪作用提供的抗滑力与锚杆轴力提供的抗滑力可以用线性关系来描述。运用有限元软件ABAQUS对这一力学模型进行建模,分析这一力学模型的正确性。     

Experimental study on the shear performance of quasi-NPR steel bolted rock joints

Quasi-NPR (negative Poisson’s ratio) steel is a new type of super bolt material with high strength, high ductility, and a micro-negative Poisson’s effect. This material overcomes the contrasting characteristics of the high strength and high ductility of steel and it has significant energy-absorbing characteristics, which is of high value in deep rock and soil support engineering. However, research on the shear resistance of quasi-NPR steel has not been carried out. To study the shear performance of quasi-NPR steel bolted rock joints, indoor shear tests of bolted rock joints under different normal stress conditions were carried out. Q235 steel and #45 steel, two representative ordinary bolt steels, were set up as a control group for comparative tests to compare and analyze the shear strength, deformation and instability mode, shear energy absorption characteristics, and bolting contribution of different types of bolts. The results show that the jointed rock masses without bolt reinforcement undergo brittle failure under shear load, while the bolted jointed rock masses show obvious ductile failure characteristics. The shear deformation capacity of quasi-NPR steel is more than 3.5 times that of Q235 steel and #45 steel. No fracture occurs in the quasi-NPR steel during large shear deformation and it can provide stable shear resistance. However, the other two types of control bolts become fractured under the same conditions. Quasi-NPR steel has significant energy-absorbing characteristics under shear load and has obvious advantages in terms of absorbing the energy released by shear deformation of jointed rock masses as compared with ordinary steel. In particular, the shear force plays a major role in resisting the shear deformation of Q235 steel and #45 steel, therefore, fracture failure occurs under small bolt deformation. However, the axial force of quasi-NPR steel can be fully exerted when resisting joint shear deformation; the steel itself does not break when large shear deformation occurs, and the supporting effect of the jointed rock mass is effectively guaranteed.     

含交叉裂隙节理岩体锚固效应及破坏模式

 用相似材料制作含交叉裂隙岩体无锚及加锚试件,以主次裂隙之间角度、锚固位置及锚杆与加载方向之间角度为变化参数制作32组试件,对试件进行单轴压缩试验,研究含交叉裂隙节理岩体的锚固效应及破坏模式。研究表明：在主、次裂隙位置不变的情况下,锚固位置在裂隙交叉点上方或下方时能得到锚固强度最大值,当锚固位置通过裂隙交叉点时,锚固强度不是最大值,但此时锚后试件峰值强度最稳定;大部分含交叉裂隙加锚岩体强度高于含单一裂隙加锚岩体;主、次裂隙夹角影响节理岩体加锚后力学性能,主、次裂隙夹角为30°左右时节理岩体锚固效果最好;锚杆增强了含交叉裂隙节理岩体抵抗裂隙扩展的能力,降低了含交叉裂隙节理岩体劈裂破坏出现的突然性。     

宜兴抽水蓄能电站地下厂房锚杆承载力现场试验研究与计算方法

简要介绍了一次大型洞室锚杆支护设计现场拉拔试验的研究成果，内容包括所采用的拉拔试验方法和主要试验结果。给出了锚杆体轴应变测试方法及其测试结果、岩体层面夹角对锚杆受力状态的影响、岩体表面及杆端位移特征、锚杆注浆体与孔壁之间的粘结力等试验结果，并根据试验结果提出了锚杆承载力峰值剪应力计算方法。与传统方法相比，所提出的方法建立在现场试验测试结果基础上，计算中考虑了锚杆体上剪应力不均匀分布的特点，锚杆长度按张拉段与锚固段之和计算，锚杆承载能力按杆体上的峰值剪应力计算，计算结果可较好地反映锚杆的实际受力状态。     

拉剪条件下节理岩体中锚杆的力学作用分析

在分析穿过节理的锚杆与岩体相互作用的机理后，采用线弹性断裂力学的方法，分析在拉剪综合作用下锚杆对裂纹尖端应力强度因子产生的贡献，并揭示了各种应力作用情况以及锚杆与节理面之间不同的夹角下锚杆的作用规律。计算分析结果表明，锚杆的作用使节理端部的应力强度因子发生转换，从而明显降低了对岩体破坏产生主要作用的应力强度因子。这是锚杆能够加固节理岩体的重要原因。     

3D Behaviour of bolted rock joints: experimental and numerical study

Rock bolting is the most effective and also the most economical means of supporting excavations in rock. Various types of bolts are used today, and an understanding of the way in which these bolts work is essential for an optimal, safe, and economical use. Fully grouted, untensioned bolts have been commonly used in rock mechanics (i.e., mines, rock fall stabilisation, underground works) for many years. In the 1980s a new type of bolt, called Swellex, was developed, becoming more and more widespread because of their easy and fast installation. However, regardless of the type, the mechanical behaviour of the bolted rock joint is not fully understood, and only the experience accumulated on rock bolting gives the know-how for the reinforcement calculation and execution. In this paper the different mechanical responses of full steel bars as opposed to the frictional Swellex are discussed. The study was done through experimental tests coupled with numerical simulations. The analysis of the results obtained both from finite element (FEM) modelling, and from large-scale (1:1) shear tests on rock joints, reinforced with fully grouted rods and Swellex bolts, clearly shows that the two bolt types deform in dissimilar ways, responding very differently to shear load.