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FLAC^3D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0.1 m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。     

静载与循环荷载作用下的锚杆拉拔数值模拟分析

为研究土层锚杆在静载与循环荷载作用下的锚固机理。采用FLAC3D有限差分软件建立单根锚杆拉拔计算模型,对静载与循环荷载作用下锚杆不同位置的轴力及水泥砂浆-土体界面剪应力及其分布规律进行数值模拟研究。静载作用下锚杆数值分析结果表明:锚杆顶端的轴力最大,并且沿着锚固深度呈逐渐减小趋势;随着拉拔力增大,界面剪应力峰值沿锚固深度移动,土层锚杆两端界面发生塑性破坏;锚杆周围土体位移逐渐增大,且土体发生位移的区域传递到到远离锚杆的区域。循环荷载作用下锚杆数值分析结果表明:正弦波的频率与幅值对界面剪应力有较大影响,界面剪应力沿着锚固深度呈先增后减的趋势。在锚固长度的1/10处,界面剪应力达到峰值,锚固体两端的界面剪应力较小,锚固体两端发生塑性破坏。     

可回收式锚杆拉拔试验的数值模拟与影响因素分析

为了分析影响可回收式锚杆抗拔力的因素,在对可回收式锚杆现场拉拔试验研究的基础上,建立可回收式锚杆三维有限元模型。通过数值模拟分析,探讨可回收式锚杆的受力机理和破坏形式,得到可回收式锚杆的锚固体与周围土体之间的界面剪应力分布和传递规律。分析表明,可回收式锚杆的破坏主要是由于锚固体与周围土体之间的界面剪应力大于界面粘结力而引起的,而且界面剪应力分布不仅与外荷载、锚固长度和锚固体半径有关,锚固体也存在着临界长度和临界半径。     

GFRP锚杆锚固机理试验研究

为了深入研究GFRP锚杆的锚固机理,模拟实际情况制作了试验模型,进行了拉拔试验.通过对实验结果的分析和研究,获得了砂浆粘结GFRP锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律以及随荷载增大的演化过程,对荷载传递的机理进行了讨论,可为同类研究参考.     

大变形锚杆锚固效应及防冲吸能支护机理

大变形锚杆支护是冲击地压灾害防治的重要手段之一,为研究大变形锚杆拉伸及锚固特征,建立了大变形锚杆拉伸及拉拔数值模型,研究了拉拔力、锚杆轴力和锚固段界面剪应力演化规律,分析了结构元件设计位置对其锚固效应的影响,探讨了大变形锚杆防冲吸能支护机理.结果表明:普通锚杆在拉伸或拉拔过程中,拉拔力、锚杆轴力和锚固段界面剪应力均随着...     

锚杆受拉拔荷载渐进失效全过程与影响因素

为研究锚杆受拉拔荷载作用下渐进失效机理与锚固界面应力分布规律,基于四线性黏结滑移模型,考虑残余强度对剪胀和软化应力区域长度的影响,通过锚固单元受力平衡条件修正了前人提出的剪胀-软化-脱黏阶段、软化-脱黏阶段和完全脱黏阶段的荷载-位移解析方程.根据2项拉拔试验研究,对分析模型进行了标定和验证.讨论弹性模量、锚杆半径和锚固长度参数对荷载-位移、应力分布曲线敏感性.结果表明,锚杆半径和弹性模量的增大提高了极限荷载且较大地限制了锚杆延性;加载端进入脱黏应力状态之前的荷载-位移曲线与锚固长度无关;弹性模量对轴应力峰值呈正相关,但锚杆半径对轴应力峰值呈负相关.     

岩石GFRP抗浮锚杆承载性能室内试验与机理分析

基于4根岩石GFRP抗浮锚杆的室内足尺拉拔破坏性试验,探讨了风化岩地基中全长黏结GFRP抗浮锚杆的界面黏结特性和承载性能,揭示了GFRP锚杆的细观破坏机理。结果表明：GFRP抗浮锚杆发生拔出破坏,主要是由螺纹表面劣化所引起的剪胀破坏;直径25 mm、灌浆体强度M30、锚固长度1.3和0.55 m的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力分别为255、195 kN,满足工程抗浮要求;GFRP抗浮锚杆杆体与灌浆体界面平均黏结强度介于2.41~5.10 MPa之间,高于《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）中钢锚杆与灌浆体的黏结强度推荐值。     

锚杆-土体界面剪切特性影响因素试验研究

采用自行设计的室内锚杆-土体界面剪切试验装置模拟锚杆抗拔过程,共开展了72组剪切试验,深入研究了有无预压、土体含水率和压实度3个因素对锚杆-土体界面剪切特性影响。试验结果表明:锚杆-土体界面剪应力随剪切位移的提高而提高,但是当剪切位移达到一定值后,锚杆-土体界面剪应力逐渐弱化或被破坏,并出现锚杆-土体界面剪切位移增加而剪应力降低的现象;土样含水率和压实度对极限剪应力的发挥有十分重要的影响,含水率等于或略大于最佳含水率的土体有利于界面极限剪应力的提高,土体压实度越大,极限剪应力也越高;对于有预压情况,剪切试验中当竖向压力低于预压力时,预压力对于锚杆-土体界面极限剪应力有明显的增强效应,但随着土体上覆压力增大,预压力的增幅效果逐渐减弱,甚至可能出现不利于极限剪应力发挥的现象。     

软质岩中压力型锚索锚固段应力分布特征

为了研究软质岩中压力型锚索锚固段应力分布和传递规律,进行了足尺现场试验。制作了与实际工程条件相似的试验锚索,在试验锚索的锚固段砂浆体中按一定间距设置了应变砖,记录了在不同张拉荷载下各测点的应变情况,测得压力型锚索锚固段的轴向应变和径向应变分布曲线。通过对试验结果进行分析处理,得到了锚固段与围岩界面剪应力分布曲线。测试结果与已有理论计算结果比较吻合。分析结果表明,在软质岩条件下,承载板附近的锚固体出现了明显的三向应力状态;锚固体中应力传递长度较短;注岩界面剪应力峰值可以达到较高的水平;随着荷载增大,剪应力有向前转移扩张的趋势。     

界面厚度对双丝拉拔混凝土力学性能的影响

考虑三维状态下界面、钢丝和混凝土基体三相材料物理力学参数的介观非均匀分布,利用有限元软件建立了双丝拉拔混凝土三维模型,研究了界面厚度对双丝拉拔混凝土力学性能的影响及界面的作用机理,获得试件声发射演化过程图和声发射-位移-荷载曲线,得到峰值荷载、韧性和声发射耗散总能量随界面厚度变化的曲线.研究结果表明,试件的界面越厚,界面传递应力的能力越强,平均界面剪切强度越大,双丝发生脱黏的时间也越晚.此外,适当增加界面的厚度有利于提高双丝试件的拉拔强度和韧性.     

夯筑土遗址中基于PS-(F+C)浆液的木锚杆锚固性能

基于室内物理模型试验和原位锚固试验,对基于PS-(F+C)（高模数硅酸钾溶液-（粉煤灰+粉土））浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应力分布与传递特征。试验结果表明该锚固系统室内试验极限锚固力（24KN~33.49KN）远大于现场试验值（2.54KN~8KN）;锚固系统具有低弹性强塑性的特征,表现出极强的延性;在荷载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有多峰值分布、高值往往出现在锚固末端、压应力出现等特征,表明本锚固系统兼有拉力型和压力型全长黏结性锚固系统的特点。该系统适合于夯筑土遗址锚固,与遗址具有良好的物理力学兼容性。     

粒状土与结构接触面多重剪切边界面模型

针对工程中存在大量的土与结构物相互作用,使接触面的力学特性对土体和结构物的受力变形及其相互作用产生重要影响的问题,利用塑性滑移理论,将粗粒土与结构接触面的宏观变形分解为一个宏观法向变形和剪切面内一系列不同方向分布的相互独立虚拟微观剪切变形;通过虚功原理,在粒状土的状态相关和边界面弹塑性理论框架内建立一个粗粒土与结构接触面的多重剪切边界面模型.每个微观剪切变形包含一个微观剪应力-应变关系和一个微观应力-剪胀关系.引入一个与接触面土体密度和法向应力相关的状态参数,用以描述不同状态下土与结构接触面的变形和强度特性.对不同粗粒土与结构接触面在二维或三维应力条件下的单调和循环剪切试验进行模拟计算,模型预测与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地描述粗粒土与结构接触面的非线性力学行为.     

A plasticity model for sand-structure interfaces

The predictive capacity of numerical analyses in geotechnical engineering depends strongly on the efficiency of constitutive models used for modeling of interfaces behavior. Interfaces are considered as thin layers of the soil adjacent to structures boundary whose major role is transferring loads from structures to soil masses. An interface model within the bounding surface plasticity framework and the critical state soil mechanics is presented. To this aim, general formulation of the interface model according to the bounding surface plasticity theory is described first. Similar to granular soils, it has been shown that the mechanical behavior of sand-structure interfaces is highly affected by the interface state that is the combined influences of density and applied normal stress. Therefore, several ingredients of the model are directly related to the interface state. As a result of this feature, the model is enabled to distinguish interfaces in dense state from those in loose state and to provide realistic predictions over wide ranges of density and normal stress values. In evaluation of the model, a reasonable correspondence between the model predictions and the experimental data of various research teams is found.     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一 .通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明 ,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则 .咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度 ,刚度越大 ,C值越小 ,δ值越大 .高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性 ,体积应变随剪切位移的增大而增大 ,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响     

Nonlinear Elastic Constitutive Model of Soil-Structure Interfaces Under Relatively High Normal Stress

The shear characteristics of soil-structure interfaces with different roughness are studied systematically by using the DRS-1 high normal stress and residual shear apparatus. The experimental results indicate that, under a relatively high normal stress, normal stress and the coefficient of structural roughness are the most important factors affecting the mechanical interface characteristics. The relationship between shear stress and shear displacement of the soil-structure interface is a hyperbolic curve with high regression accuracy. Based on our experimental results, a nonlinear elastic constitutive model of the soil-structure interface under relatively high normal stress is established with a definite physical meaning for its parameters. The model can predict the strain hardening behavior of the soil during the shearing process. The results show an encouraging agreement with experimental data from direct shear tests.     

砂土介质中废旧轮胎加筋条带拉拔特性

为减少废旧轮胎大量堆放对环境造成的严重污染及潜在安全隐患,基于废旧轮胎良好的抗拉伸、耐老化及界面粗糙等特性,本研究提出将废旧轮胎切割成条,制成加筋条带,用作土工加筋材料的新型利用方法。通过调整砂土不同密实度条件,对比开展废旧轮胎条带及土工格栅拉拔特性试验研究。结果表明,砂土介质中废旧轮胎条带达到极限拉拔力之前,拉拔位移随拉拔力的增长而线性增长;极限拉拔力统计表明,加筋条带界面抗剪强度符合摩尔-库仑强度准则,并由此建立界面抗剪强度与界面摩擦角及似黏聚力的线性关系。通过对比土工格栅加筋性能,发现废旧轮胎条带的剪应力峰值约为土工格栅的2.5~3.2倍;达到剪应力峰值所需要的位移约为土工格栅的5倍。研究成果验证了废旧轮胎条带作为加筋材料的可行性,为进一步开展理论研究及工程应用奠定了基础。     

考虑粗糙度影响的不同土与混凝土界面大型直剪试验研究

土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义,结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响,采用大型直剪试验仪进行了3种土体（红黏土、砂土与碎石土）与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度,并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价,研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明：土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响,红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型,砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征,碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响,不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系,表明接触面的剪切破坏符合摩尔-库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力,但对接触面内摩擦角的影响较小。     

加筋土结构筋-土界面特性和筋材位移变化规律试验研究

基于拉拔试验研究加筋土结构筋-土界面正应力、填土压实度与含水率、拉拔速率等对筋-土相互作用特性和筋材位移变化的影响,分析筋材位移的演变规律。研究结果表明：土中筋材各点位移均不同程度滞后于加载端位移,且随与加载端的距离增加而增加,筋材位移呈非线性递减趋势;增加界面正应力、压实度或含水率,相同拉拔力下同一位置处筋材位移呈减小趋势,且距加载端越远,筋材位移受影响越小;筋材拉拔以整体拔出和拉断破坏模式为主,筋材拔出破坏时拉拔力峰值与加载端位移呈近似线性关系,且格栅拉拔力峰值与界面正应力、压实度、含水率或拉拔速率呈正相关关系;增加压实度或含水率,筋-土界面相互作用增强,筋-土界面摩擦角略有增加,但筋-土界面似黏聚力增加明显,且接近填土最佳含水率时界面似黏聚力较大。拉拔特性试验表明,加筋土工程中应严格控制填土含水率,适当的筋-土界面变形有利于发挥筋材作用。     

红层泥岩桩岩接触面本构模型试验及数值模拟

桩-岩（土）接触面力学特性的研究是桩基承载机理研究的基础。通过红层泥岩桩岩接触面大型直剪试验,研究了红层泥岩桩岩接触面的力学特性,结果表明：接触面剪应力先随剪切位移增大而增大,在达到峰值后,剪应力随着剪切位移增大而降低,并最终趋于稳定值,应力应变曲线呈现出应变软化的特征。根据剪切试验结果,推导出桩岩接触面应变软化本构方程。利用fish语言对FLAC^3D中自带的理想弹塑性接触单元进行二次开发,并应用开发的模型对桩岩接触面直剪试验进行了数值模拟,分析剪应力与剪切位移之间的关系,证明了该本构能够较好地模拟接触面间的应变软化特性。