带衬套灌浆锚杆与砖砌体锚固性能计算方法研究

文章采用ABAQUS软件,结合双线性剪切滑移模型得到了带衬套灌浆锚杆在滑移过程中的内部应力分布及变化过程,根据多因素对锚杆锚固性能的影响程度提出锚杆最大拔出力计算公式.将数值模拟结果和理论计算结果与试验值比对,证明方法合理.基于文章的研究结果给出采用该类锚杆对历史性建筑进行加固时锚杆锚固深度以及钻孔直径取值范围.     

恒阻锚杆支护机理数值分析

为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01～38.71 MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结果与何满潮院士室内试验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步采用数值试验方法研究荷载作用下恒阻锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析传统锚杆和恒阻锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻锚杆的支护效果优于传统锚杆,为易发生大变形破坏的软岩及冲击地压控制提供了有效途径。     

隧洞粘弹 塑性分析及其在锚喷支护中的应用

本文第一部分讨论了隧洞粘弹-塑性围岩中应力和位移公式的推导。围岩位移区分为塑性位移和蠕变位移。在推演过程中,粘弹性区采用鲍埃丁—汤姆逊模型;塑性区采用了莫尔—库仑塑性准则。 第二部分研究了锚杆和喷混凝土的设计方法。对锚杆的作用作了如下分析:其一,锚杆通过受拉对围岩壁提供附加支护抗力;其二,通过受剪提高围岩的c、φ值。由此导出了锚杆作用下洞壁支护抗力P,与塑性区半径R_(?)~b的关系式。     

铝合金板式节点弯曲刚度理论分析

根据铝合金板式节点的弯矩-转角试验曲线,将其弯曲刚度性能分为螺栓嵌固、螺栓滑移、孔壁承压和节点失效四个阶段,提出考虑弯矩和轴力共同作用的弯曲刚度四折线模型。通过理论分析推导出各阶段节点的弯曲刚度以及所对应的临界弯矩值。分别建立数值模型对螺栓嵌固阶段和孔壁承压阶段的刚度进行模拟。在数值分析结果的基础上,拟合得到了节点弯曲刚度公式。最后,将理论公式和试验结果进行了比较,四折线模型和试验结果吻合良好。     

软岩三维弹黏塑性本构模型

为了有效地描述软岩的软化特征,首先推导了以压为正统一强度理论表达式,该理论可以考虑材料拉压强度不等及中间主应力效应,适合岩土工程界以压为正的使用习惯以及岩土材料拉压强度不等的特性;其次推导了以压为正统一强度理论π平面的极限线;第三,基于推导的π平面的极限线,结合Yin-Graham模型,推导了软岩的三维统一弹黏塑性本构模型表达式。根据针对取自日本石川县能登半岛端部的硅藻质泥岩所进行的不同围压、不同加载速率条件下的应变控制式和应力控制式固结不排水三轴试验资料确定了模型参数,进行了弹黏塑性数值模拟分析。并与三轴试验结果进行了对比分析,结果表明:本文建立的软岩三维统一弹黏塑性软化本构模型的数值模拟结果与试验结果非常接近,可以很好地模拟软岩的应变软化特征。     

纤维增强材料锚杆-砂浆界面黏结行为及模拟分析

研究纤维增强材料(FRP)锚杆与砂浆的黏结-滑移行为对岩土锚杆结构的拉拔性能、设计理论及工程应用具有重要的理论意义。通过对玻璃纤维增强材料(GFRP)锚杆与砂浆界面黏结性能的试验,获取锚杆内力分布规律及锚杆界面任一点的黏结应力与滑移的变化规律,提出组合函数界面模型用来描述GFRP界面的单峰值非线性位移软化特性,并通过ABAQUS的子程序FRIC对GFRP砂浆锚杆的拉拔试验进行数值模拟。结果表明:该界面模型能反映GFRP砂浆锚杆的极限抗剪强度、残余抗剪强度及界面的变刚度特性,模型参数物理意义明确。     

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。     

深基坑预应力锚杆轴力分布研究

为了研究深基坑桩锚支护结构中锚杆的内力与变形的影响因素,采用理论推导、现场试验与数值模拟相对比的方法。运用半无限边界上一点作用垂直力的布辛涅斯克(Boussinesq)问题的位移解,推导出锚杆锚固段的轴力分布的公式。运用有限差分法,采用岩土软件FLAC3D建立深基坑桩锚支护结构的仿真模型,并对支护结构中锚杆的内力与变形进行数值模拟。分析结果表明:理论计算、现场试验与数值模拟得到的结果基本吻合,表明由布辛涅斯克问题推导出锚杆锚固段轴力分布函数是正确的,为锚杆的计算提供了一种理论依据;用FLAC3D数值模拟深基坑支护结构中锚杆的内力与变形是可行的。在锚杆的张拉过程中,锚杆在自由段的轴力和变形量最大,从锚固段开始,锚杆的轴力和变形量逐渐减小,最后趋于零。     

纤维增强塑料锚杆锚固性能的数值分析

以建立的纤维增强塑料锚杆在岩土体中的粘结锚固基本方程为基础,结合纤维增强塑料锚杆的连续光滑粘结–滑移本构关系模式,提出了纤维增强塑料锚杆锚固性能分析的数值计算方法,并通过与FRP锚杆锚固试验结果对比确定有关参数。将数值计算结果与锚固试验结果以及理论计算结果进行了对比分析,验证了数值模拟方法的正确性。     

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。     

锚固岩体抗侵彻分析模型

目前对岩体介质抗侵彻方面研究文献资料较多,但尚无弹丸侵彻锚固岩体的理论计算公式或经验公式,本文在球形空腔膨胀模型的基础上,利用球形空腔膨胀模型计算岩石介质对弹丸的侵彻阻力,计入了弹丸直接与锚固岩体中锚杆发生碰撞的侵彻阻力,并将弹丸侵彻过程中岩石介质和锚杆侵彻阻力进行叠加,建立了弹丸垂直侵彻锚固岩体的工程分析模型。与单一空腔膨胀模型和试验数据进行对比后,模型计算结果与模拟试验结果基本一致,表明了研究具有一定的理论意义和工程适用价值。从而为洞库等地下防护工程设计及其加固改造提供理论研究方法和技术支持。     

充气锚杆承载机理及群锚效应分析研究

通过建立充气锚杆力学模型,从杆体与扩大头侧摩阻力、端阻力、自重等方面,分析了充气锚杆承载机理,指出充气锚杆间距对群锚效应影响很大,存在最优间距H0使得土体挤密效果大于塑性区与侧摩阻叠加效果,使得群锚效应系数大于1。     

端锚式锚杆-围岩耦合流变模型研究

针对端锚式锚杆-围岩结构体在长时条件下支护作用的演化机制,建立了端锚式锚杆-隧洞围岩耦合作用的结构模型。进行了结构模型的基本假设：①圆形隧洞;②深埋;③各向等压原岩应力;④均质且各向同性黏弹性围岩模型;⑤一维黏弹性锚杆模型;⑥锚杆对围岩作用力整体为面力。基于基本假设建立了端锚式锚杆-围岩耦合流变理论模型。假设围岩和锚杆均为Maxwell模型时,求解了圆形隧洞围岩应力和位移的径向分布随时间变化的解析解,获得了锚杆轴力随时间演变的理论公式。基于锚杆（索）流变模型,进行了FLAC^3D数值模拟软件的二次开发;并通过数值模拟与理论计算的对比分析验证了理论模型的合理性,分析了端锚式锚杆-围岩耦合流变规律及其影响因素。该模型对于研究地下隧洞的流变力学行为,分析锚固支护结构的长期稳定性,指导工程支护设计具有重要的基础理论价值。     

预应力锚杆摩阻力动态传递特性与变化规律实测研究

为了得到预应力锚杆在基坑开挖过程中摩阻力传递与变化规律,结合西宁火车站综合改造工程,对桩锚支护结构在不同开挖工况条件下锚杆的受力特征进行现场综合测试试验,并根据锚杆现场拉拔试验p-s曲线和理想的弹塑性荷载传递模型,对Phillips提出的计算预应力锚杆摩阻力公式进行了改进,给出了适用于土锚中参数A的一种简单实用的计算方法,与实测结果进行了对比,吻合较好,能够很好地反映预应力锚杆弹性阶段摩阻力的分布。     

偏压砖柱的强度相关公式

本文对强度相关公式的理论做了较详细地阐述。对砖砌体的截面弯曲塑性进行了理论探索,提出了截面塑性深度系数μ和截面弯曲塑性系数η,并从而引出柱弯曲塑性系数概念。应用偏压砖柱试验数据,归纳出砖柱的弯曲塑性系数γ_塑的数值。最后将砖柱的弯曲弹性系数γ_弹与弯曲塑性系数γ_塑合并为γ,使强度相关公式进一步得到简化。其计算结果与试验结果符合较好。     

弹头形状对混凝土贯穿过程影响的数值模拟

用梁-颗粒模型BPM^2D对卵形头和平头动能弹贯穿混凝土平靶的过程进行数值模拟，给出贯穿过程中混凝土内部速度场的变化情况及混凝土的破坏区域。梁-颗粒模型BPM^2D是在离散元法基础上，结合有限元法开发的二维数值计算模型。在模型中用3种类型粱单元形成混凝土数值试样，每种类型梁单元的力学性质均按Weibull分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性，同时梁单元的强度随应变率不同而变化。基于计算结果，分析了弹头部形状对贯穿过程的影响。卵形头弹的贯穿过程是一种刺穿性模式，而平头弹是挤凿性模式。贯穿同样的靶板，平头弹的能耗高于卵形头弹，残余速度小。通过将卵形头弹的计算结果与试验数据相比较，表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题。     

恒阻大变形锚索弹塑性力学分析

恒阻大变形(CRLD)锚索已广泛应用于许多边坡的预警和加固。为了分析恒阻大变形锚索的恒阻力,根据恒阻器的形状和尺寸,将其看作类似厚壁圆筒问题进行处理。厚壁圆筒问题不同于经典拉梅和薄壁圆筒两种问题,研究时需考虑径向应力及切应力对恒阻力的影响,为此建立三维弹塑性力学模型进行分析求解。若引入平面应变假设,则该三维解析模型回归为二维经典拉梅公式。为验证此方法的合理性,进行三组恒阻大变形锚索的拉伸实验,并将三维弹塑性模型所得恒阻力值与二维弹塑性模型及拉伸试验结果进行对比,三维弹塑性力学模型的解更接近室内实验力值,该模型可用于估算各种型号CRLD锚索的恒阻力值,并可为其优化设计提供理论支持。     

锚固层状岩体的复合加固理论与数值模拟试验分析

根据复合材料力学的理论和方法,将层状岩体-砂浆-锚杆支护系统看成一种由岩体(基体)、锚杆(增强材料)和砂浆(黏结材料)组成的加固复合材料,建立这种复合材料的细观力学等效模型。理论分析这种锚固复合材料的宏观力学性质与其各组分材料性能以及细观结构之间的定量关系;在大型商业有限元软件基础上进行二次程序开发编制,进行锚固复合材料的数值模拟试验研究,分析岩体强度、锚杆尺寸、砂浆强度以及锚杆几何布置间距等参数变化对层状岩体锚固复合材料的黏聚力和内摩擦角值的加强增长幅度,定量评估岩体锚固复合材料的等效强度特性。运用所建立的岩体锚固复合支护系统等效力学模型计算了锚固岩体相似模型试件的弹性常数和黏聚力和内摩擦角值,理论与数值模拟分析结果与岩体锚固的模型试验结果具有较好的吻合度,表明所建立的理论模型和数值分析方法是可靠的,可为岩土工程的设计与稳定性评价提供参数依据。     

钙质砂中静力触探试验的大变形有限元模拟（英文）

静力触探试验(CPT)被广泛用于确定无黏性土的力学性质,现有研究集中在普通石英砂,由CPT贯入阻力推测钙质砂强度特性的成果很少。钙质砂的峰值内摩擦角一般高于石英砂,内摩擦角和剪胀角随应变的变化也不同于石英砂。采用任意拉格朗日欧拉公式的大变形有限元方法,模拟石英砂和钙质砂中CPT的完整贯入过程,有效避免了锥尖周围的网格扭曲。引入修正摩尔-库伦模型描述石英砂和钙质砂强度发挥与塑性剪应变的关系,由弯曲元和三轴排水试验确定本构模型参数。数值模拟得到的锥尖贯入阻力与离心机试验结果吻合,表明建立的数值模型能够模拟钙质砂中的CPT试验。     

混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁弹性刚度分析

由于结构功能的需要,常常需要在钢-混凝土组合楼板上开洞。洞口的存在将削弱组合梁的承载力及刚度。基于3根翼板完全断开的钢-混凝土组合梁的试验研究成果,利用通用有限元软件ANSYS对试验梁进行了模拟,考虑了钢与混凝土界面的滑移,结果表明,弹性有限元方法对开洞组合梁弹性刚度的计算结果准确。通过理论分析推导出了翼板完全断开的组合梁弹性换算截面对应的跨中挠度计算公式,并用不考虑滑移的弹性有限元模型进行了验证。理论公式计算结果与有限元计算结果吻合良好。有限元计算所得的钢与混凝土界面滑移曲线表明:最大滑移并未出现在梁端,而是洞口边缘的滑移最大,这一点在试验中也得到了证明。在折减刚度法的基础上,结合洞口边界条件,推导出了考虑洞口影响的钢与混凝土界面滑移所引起的开洞组合梁跨中附加挠度计算公式。通过各种计算方法的比较证明本文提出的理论公式计算结果与实测值吻合良好,同时也表明洞口开在支座边缘对于组合梁的整体刚度影响非常小,即使不考虑开洞的影响,按照未开洞的组合截面计算,带来的误差也不大。通过大量数值计算,回归出了不同荷载工况下的刚度折减系数简化计算公式,并针对实际工程中的非典型荷载工况提出了等效计算方法。本文提出的计算方法可为翼板完全断开的组合梁的正常使用阶段的挠度验算提供参考。