全长黏结玻璃纤维增强聚合物锚杆破坏机制拉拔模型试验

玻璃纤维增强聚合物是一种由树脂基体和玻璃纤维复合而成的新材料,具有抗拉强度高、耐腐蚀、自重轻等优良特性,其取代钢筋用于岩土工程的趋势在逐年增长,玻璃纤维增强聚合物锚杆也是一种新的正在探索的应用形式。为研究玻璃纤维增强聚合物锚杆用于永久加固工程的可行性,需要在玻璃纤维增强聚合物筋材的抗拉、耐腐蚀、蠕变性能等方面进行系列试验,通过拉拔模型试验的方法研究全长黏结玻璃纤维增强聚合物锚杆结构的破坏机制。共设计制作3个锚杆结构模型,进行3次2个构件的并行破坏性试验,根据试验发生的现象和分析试验测试数据得到的结果,肯定玻璃纤维增强聚合物锚杆拉拔试验模型的合理性,说明砂浆体强度与锚杆的应力传递深度的关系,指出玻璃纤维增强聚合物螺纹锚杆剪应力的峰值特征和随荷载增加的变化趋势,结合砂浆体内的应力分布特征,充分论证玻璃纤维增强聚合物螺纹锚杆结构的可能的破坏形式和破坏机制,在砂浆体强度较高的情况下,可能发生锚杆的拉断破坏,也可能发生剪切破坏,轴向拉应力先达到锚杆的抗拉强度则会在自由段发生拉断破坏,最大剪应力先达到纤维丝的抗剪强度则会在锚固段内先发生剪切破坏。     

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。     

基于局部变形假定的锚固类结构锚固段剪应力分布研究

根据模型试验所得锚杆体轴应变试验结果,在局部变形假定的基础上,通过简化假设,推导了全长粘结锚杆锚固段受力的理论解和锚杆体轴力和第一、第二界面剪应力分布解析公式.研究分析了不同强度类型介质中锚固类结构内锚固段应力、轴力及交界面的剪应力传递、衰减规律,探讨了介质强度对锚固段剪应力的影响,并将其与模型试验结果进行了对比分析....     

锚杆锚固体与土体界面特性室内测试新方法

为了更真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性,较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力–位移(?–s)全过程曲线,自行研发了一种锚–土界面摩阻性能测试仪及相应的锚杆拉拔试样制作装置和方法。该测试仪器和测试方法简便易行,可成批模拟多种环境条件进行室内锚杆拉拔试验。利用该仪器完成了4批次27个不同条件的锚固体拉拔试验,深入研究了锚固体养护龄期、拉拔速率等因素对锚–土界面剪切强度特性的影响,提出了一种锚–土界面?–s全过程本构模型。研究结果表明:界面剪切强度在锚固体养护14 d后增长缓慢;锚杆以0.1~2.5 mm/min拉拔时,速率对剪切强度的影响不大;提出的锚–土界面模型计算曲线与试验曲线吻合良好。     

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。     

锚固类结构界面剪应力相互作用关系试验研究

采用高、中、低强三种围岩介质,在室内进行了锚杆第一、第二界面剪应力分布形态测试。在此基础上,分析了锚杆第一、第二界面剪应力相互作用关系。研究指出：第二界面剪应力是第一界面剪应力衰减的结果;第一、第二界面剪应力沿杆体轴线方向和垂直于杆体轴线方向都是衰减的,并且存在极限剪应力、零值剪应力与浆体局部破坏基本同时发生向杆体深部的转移现象;着重指出平均剪应力的理论基础-锚杆界面微观结构理论具有不争的误导性。     

预应力锚杆锚固段剪应力分布规律研究

预应力锚杆广泛的应用于地下工程中,但是对于其作用机制的研究还存在许多问题.本文基于锚固体与孔壁界面的剪切滑移本构模型,采用荷载传递甬数法,对预应力锚杆锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行理论研究,得到了剪应力沿锚杆锚固段轴向的分布曲线,为预应力锚杆设计提供理论依据.     

岩石锚固界面剪切流变试验及模型研究

 大量的试验和工程实践表明：锚固系统的失效多是发生在岩土体和注浆体的锚固界面上。为此开展锚固系统界面力学特性的剪切流变试验,以研究注浆体与岩石交界面的受力机制以及锚杆锚固力在界面剪切流变过程中的变化特征。通过试验表明：在剪切面方向,随着时间的增长,同级剪应力荷载水平下剪切变形有所增加;当剪切应力水平较低时,试样剪切流变表现出初期和稳态流变,当剪切应力值超过某一界限时,剪切流变还表现出加速流变破坏阶段;随着流变时间的增加,锚杆轴向应变值有一定的增加,锚固力呈现缓慢回升的趋势;在此基础上,提出一种基于经验的非线性剪切流变模型,该模型特别考虑法向应力对剪切流变的影响,并将流变模型参数定义成剪应力水平的函数,从而能很好地描述剪切流变的初期、稳态和加速流变整个过程;为进一步验证锚固界面本构模型的正确性,采用此界面流变模型对试样3进行数值仿真的剪切流变试验51 h,计算结果与试验数据非常接近,表明采用此模型是合理而有效的。     

非全长粘结型锚索锚固段长度的一种确定方法

根据对锚杆拉拔试验结果的分析及对锚杆与锚索锚固段受力差异的比较，提出了非全长粘结型锚索锚固段剪应力沿长度的分布模式，并讨论了剪应力分布曲线的特征点，得到了锚固段剪应力沿长度分布为在靠近锚固段顶端有最大值而其两侧则逐渐减小的单峰曲线，提出了确定锚固段长度的合理方法，即以锚固段最大剪应力不超过经过安全储备后的地层与注浆体间的粘结强度作为控制条件。最后，以工程实例说明了锚固段长度的计算方法。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅲ:现场试验

针对传统拉力型锚杆存在受力集中、锚固体与岩土体界面黏结强度发挥不充分、抗拔承载力偏低的问题,研发了一种新型拉压复合型锚杆。通过开展现场破坏性试验,对拉力型锚杆及拉压复合型锚杆的承载能力、荷载位移曲线及应变数据进行分析,结果表明:3组拉压复合型锚杆TC12-3、TC11-1、TC21锚杆的平均破坏荷载分别提高至拉力型锚杆的2.81,2.01,2.52倍;拉压复合型锚杆套管内的拉力传递损失率最大为20.5%,在自由段内的拉力传递损失率最大仅为6.8%,拉力传递损失主要发生在承压锚固段上;TC12-3锚杆的受拉锚固段长度最短,单位受拉锚固段长度分担荷载最高;TC21-1锚杆的承压锚固段最短,单位承压锚固段长度分担荷载最高;锚杆破坏时,TC12-3、TC11-1、TC21-1锚杆的受拉承载系数分别为0.398,0.470,0.600;且TC11-1锚杆表现为承压锚固段与受拉锚固段同时破坏,TC12-3、TC21-1锚杆表现为先后破坏;拉压复合型锚杆锚固性能显著提高主要是由于荷载分解作用,界面剪应力双向传递机制及短锚承载效应;从荷载位移曲线来看,拉压复合型锚杆具有较好的抗变形能力,在岩土锚固工程中,具有显著的优势和广阔的应用前景。     

砼抗剪强度和剪切变形的研究

抗剪强度和剪切变形是砼的基本力学性能,又是强度理论研究和有限元分析的重要数据。本文用有限元方法分析了现有几种抗剪试件的应力状态,论证了破坏剪切面上的剪应力分布不均匀,且存在数倍于剪应力的正应力,因而不能给出准确的砼抗剪强度值。作者设计了四点受力等高变宽梁的抗剪试验方法,试件跨中剪切面接近纯剪状态,故给出的抗剪强度较为可靠。按此方法进行了不同强度(f_cu=17～64MPa)砼的试验,测定了抗剪强度和峰值应变,研究了它们与抗拉、抗压强度的关系,建议了剪应力-应变曲线方程,以及剪切模量的计算式。     

板岩渐进剪切破坏各向异性及其数值模型研究

层理面是导致岩石试样在变形和力学特性上表现出各向异性的根本原因。为研究层理弱面影响下板岩的渐进破坏模式,揭示其各向异性的力学机制,选取贵州东部的层状板岩开展不同加载空间位置关系下的直剪试验。结果显示:剪切强度各向异性是由其破坏机制控制的,层理面与剪切面平行时,属于沿层理面的剪切滑移破坏;层理面与剪切面垂直且其交线与剪应力方向也垂直时,属于剪切作用下层理面的张拉和基质体的剪切破坏;层理面与剪切面垂直而其交线与剪应力方向平行时,垂直于层理面方向试样在泊松效应作用下产生拉伸破坏,剪应力方向试样发生基质体的剪切破坏,此时强度最大。基于层理结构的本构关系,构建层理体系的材料模型,并采用数值模拟研究层理结构对板岩破坏模式的影响,模拟结果与试验结果吻合较好,进一步解释了层状板岩破坏模式各向异性的产生机制。     

Investigation of shear lag failure in gusset-plate welded structural steel hollow section connections

Shear lag (SL) failure is a premature tensile failure that may occur in gusset-plate welded connections in structural steel hollow sections (SSHS). There have been a number of studies of SL failure in gusset-plate welded SSHS connections, but these are all limited to SSHS with a yield stress less than 500 MPa. This paper presents an investigation of SL failure for gusset-plate welded connections in very high strength (VHS) tubes with a yield stress of 1350 MPa, and SL design for gusset-plate welded connections in both VHS tubes and regular SSHS. Tensile tests on 16 specimens of gusset-plate welded connections in VHS tubes with various weld lengths were conducted. The experimental maximum connection strengths from the tensile tests were compared with predictions based on the existing SL design rules in the US, Canada and Australia. It was found that these design rules are not adequate. Therefore, modifications to these design rules were postulated and examined. Design rules are proposed for gusset-plate welded connections in all SSHS including VHS tubes. A capacity (resistance) factor of 0.70 is also proposed based on a reliability analysis using the first order second moment (FOSM) method.     

基于直剪试验的金坛盐岩力学特性研究

 采用RMT–150C试验机对江苏金坛拟建储气库埋深段盐岩试样进行一系列直剪试验研究。将盐岩作为多晶聚合体考虑,深入分析试验过程中的剪切应力、剪切变形、剪胀以及破坏特性。试验结果表明：盐岩剪切破坏是一种延性破坏,盐岩剪切峰值对应的剪切位移一般为4～6 mm,个别试样可达7～8 mm,且整个剪切应力–剪切位移曲线都较平缓,剪切峰值不明显,这主要是由于局部位错交替导致的;得到盐岩抗剪强度参数c,? 值分别为3.16 MPa,44.7°;发现残余强度基本上与法向应力呈正比例关系,且残余应力较大,约为峰值应力的50%～80%,表明盐岩摩擦承载能力较强;盐岩剪胀终止发生在峰值应力之后、残余应力之前,且在较大法向应力作用下剪胀起始应力与剪胀终止应力接近;盐岩的剪切破坏位置不是一个面,而是一个破碎带,破碎带上下一定范围内有不同程度损伤;表面局部有明显擦痕,类似于摩擦学的“犁沟效应”,有利于提高其抗剪能力。试验研究成果对深入理解金坛盐岩破坏机制及地下盐岩储气库稳定性研究具有一定的参考价值。     

FRP土钉主要性能的试验研究

介绍一种新型FRP土钉的主要特点。对FRP筋体抗拉强度和黏结强度及FRP土钉的承载力分别进行室内试验和现场拉拔试验研究,描述并分析其破坏特征。试验表明:FRP筋体抗拉强度高达550MPa,在筋材设计时,可采用修正的混合定律公式进行预测,FRP筋在抗拉强度试验中表现为脆性破坏,树脂基体破碎先于纤维拉断,断裂截面呈参差不齐的毛刷状;FRP筋体与水泥砂浆的黏结强度取决于砂浆体的抗剪强度,黏结应力沿杆长非均匀分布,且FRP筋的最大黏结应力较钢筋更为集中;FRP土钉的变形主要是弹性变形,对于较短的FRP土钉,其承载力大小取决于土钉表面与土体间的抗剪强度,其极限抗拔承载力高于同直径的HRB335钢筋的屈服抗拉强度10%以上,满足工程应用的需要。故FRP土钉可广泛应用于基坑和边坡支护,特别是污染土、盐渍土等腐蚀环境下的土钉支护工程。     

基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

净剪应变比能强度理论研究

将剪破面及潜在剪破面上的剪应力与摩擦力之差定义为净剪应力,由净剪应力产生的剪应变能定义为净剪应变能。基于剪切破坏假设,针对岩土类材料提出净剪应变比能强度理论,该理论认为当净剪应变比能达到一定值时材料破坏。净剪应变比能理论在π平面上的破坏曲线为光滑的曲边三角形,这个特性有利于将其推广用作屈服准则,以构建弹塑性本构模型。根据文献中提供的混凝土真三轴试验资料,对净剪应变比能理论进行初步检验,并与双剪强度理论和Mohr-Coulomb强度理论进行比较。结果表明,净剪应变比能理论的误差相对较小。此外,当单轴抗压强度与单轴抗拉强度相等时,净剪应变比能理论退化为Mises强度理论。     

岩土锚固工程的若干力学概念问题

我国当前某些岩土锚固工程存在力学概念模糊、设计施工方法不当,导致锚杆失效、工程失稳现象频频出现,工程坍塌破坏等事故也时有发生。通过对岩土锚固的典型工程及事故工程调查、理论分析和试验研究,研究显著影响锚固工程的稳定性与健康发展的若干力学概念问题,旨在为提高锚固工程的设计施工水平,改善锚固工程的安全性与经济性提供依据。主要研究结果为:(1)预应力锚杆(索)具有提供主动抗力、能将结构的拉力传至深部稳定地层等力学特征,凡抵抗倾倒、竖向位移、沿基础底面、地层剪切面破坏和洞室坍塌的结构锚固均应采用此类锚杆。(2)适应张拉控制应力要求的锚杆筋体截面,足够的自由段长度和能充分调动地层抗剪强度的锚固体形式是提高锚杆受拉承载力的基本要素。(3)压力分散型锚固体系显著改善了锚杆的荷载传递机制与防腐保护性能,具有良好的力学与化学稳定性。(4)施锚时机滞后是影响锚固工程稳定性的主要因素之一。及时施作低预应力(张拉)锚杆和发展预制的钢筋混凝土块件作锚杆的传力结构,可有效控制和避免施锚时机滞后现象。(5)为改善高应力低强度岩层中的大型洞室的稳定性,应全面采用低预应力锚杆作初期支护,严格控制高预应力锚杆施作滞后,提高锚杆拉力设计值与初始预应力值和加强围岩变形–锚杆抗力(刚度)相互作用失衡的调控力度。     

钢筋混凝土植钢锚固的拉拔性能试验研究

通过在不同强度的钢筋混凝土中植入不同型号角钢的单向拉拔试验研究,得到影响型钢锚固强度的3个因素,且主次顺序是:角钢型号,锚固深度,混凝土强度。通过观察试件受力破坏过程,总结出型钢锚固的3种破坏模式,分析得到黏结切应力的分布规律,在角钢屈服时出现最大黏结切应力。