碎裂岩中土工布复合锚杆与传统锚杆对比试验

土工布复合锚杆是一种应用于碎裂岩加固的新型锚锭结构。以某滑坡治理工程为平台,进行全长黏结型和预应力型两种形式锚杆的张拉试验,验证土工布复合锚杆加固碎裂岩的可行性。现场试验结果表明,土工布复合锚杆可以很好地解决碎裂岩中锚固注浆漏浆的问题。通过试验数据拟合分析,土工布的加筋鼓胀作用调整了锚固体与碎裂岩接触界面的应力分布,延长了线性变形阶段,提高了锚固体系的抗拔力。     

压力型锚杆锚固段锚固效应特性分析

压力型锚杆作为新型锚杆型式,克服了拉力型锚杆黏结应力峰值突出、防腐性能较差、杆体无法拆除等性能缺陷,具有独特传力机制和良好工作性能。利用无限体内一点受集中力作用的Love位移与应力函数解,推导出浆体与岩土体界面间的位移及剪应力分布曲线,以及通过使用Mathmatica及Matlab等数学工具求出锚固体周边岩土体内各点的位移等值线,并采用Ansys数值模拟方法进行验证,得出压力型锚杆锚固段的锚固效应特性。     

拉力型锚杆锚固体应力分布规律的现场试验研究

对于拉力型锚杆的锚固体应力分布,理论模型显示其轴向应力随锚索深度单调递减,而锚固体岩土体界面的粘结应力则具有单峰性,杆体张拉荷载的增加可使得峰值平移或增长。然而,通过对不同长度拉力型锚杆进行粘性土层中的多循环加卸载极限试验,并采用分布式光纤传感技术进行应力测量后发现,真实的粘结段锚固体应力分布和变化模式,与理论模型相差甚远。实测的锚固体轴向应力先升后降,这是由于工程中拉力型锚杆在一定程度上实为拉压复合型锚杆。实测的粘结应力如理论模型一样具有单峰性,但张拉荷载的增加主要使粘结应力的峰值增长,并使有效发挥粘结应力的范围扩大。同时,试验还发现拉力型锚杆的锚固长度与极限抗拔承载力成正比,并指出"临界锚固长度"这一概念的问题。     

锚固系统应力传递机理理论及应用研究

以岩土工程锚固力学传递机理理论及应用为课题，通过理论分析、实验室模拟分析、数值计算分析以及现场实测分析等多方面进行深入地研究和探讨，取得了一系列有意义的研究成果：(1)根据锚固系统的受力特征，采用岩土体-锚固体共同变形原理，获得全长粘结式锚杆以及集中拉力型、分散拉力型、集中压力型和分散压力型等各种类型的预应力锚索锚固段应力分布的理论解，并讨论了其受力特征、应力分布规律、因素及其各自的适用条件；(2)通过实验室研究，验证了锚固体与岩土体界面上的破坏是锚固系统失效的主要形式。同时发现锚固力的大小不但与目前公认的几种因素有关，而且与锚固灌浆材料的组构有密切的关系，提出了新的提高锚固力的途径。采用实验研究的方法，探讨了锚固体界面力学特征、在荷载作用下变形规律以及界面上的应力分布规律。根据锚固体的力学效应，将锚固界面上的力学行为分为弹性、滑移和脱粘3种状态；(3)根据实验室研究结果，首次提出锚固界面力学理论，应用Coulomb非关联的流动法则，建立了锚固体界面上滑移状态的力学模型，并导出相对应的本构关系，从而获得界面上各种状态的应力分布规律的理论解；(4)根据锚固力学特征实验分析，建立了具有特色的锚固体界面力学有限元计算分析模型，通过分析计算并与理论研究成果、实验结果相验证，获得了一致性的结论。同时，采用有限元模型模拟技术，获得锚固系统随荷载增加应力分布的演化规律。(5)利用全长粘结式锚杆群取代反力桩进行静载试桩试验，获得大量的现场实测数据，分析研究表明：实测数据与理论分析是一致的，进一步验证了本文所得的研究成果的可靠性。岩土工程锚固理论是锚固技术应用与发展的重要组成部分，本文所获得的研究成果将为锚固理论分析、锚固设计和计算提供可靠的理论依据。     

拉力型锚杆应力分布的非线性分析

锚杆设计中现在都假定锚固段与土体的粘结力是均匀分布的,而实际工程中的实测数据表明粘结力不是均匀分布的.论文提出锚固段与土体的有限元计算模型,考虑界面的非线性特性,编制了相应的计算程序,得到各级拉力荷载作用下的锚固段与土体之间的粘结力沿锚固段长度的分布情况,这些计算结果与实测数据进行比较,两者结果较为吻合,其结果都显示,随着张拉力的增加,土-锚杆粘结应力峰值逐渐向远端转移,从而验证了数值模型的正确性.     

拉力型锚杆应力分布的非线性分析

锚杆设计中现在都假定锚固段与土体的粘结力是均匀分布的，而实际工程中的实测数据表明粘结力不是均匀分布的。论文提出锚固段与土体的有限元计算模型，考虑界面的非线性特性，编制了相应的计算程序，得到各级拉力荷载作用下的锚固段与土体之间的粘结力沿锚固段长度的分布情况，这些计算结果与实测数据进行比较，两者结果较为吻合，其结果都显示，随着张拉力的增加，土-锚杆粘结应力峰值逐渐向远端转移，从而验证了数值模型的正确性。     

压力型锚杆锚固段长度确定方法研究

通过对压力型锚杆锚固段的受力分析,推导出了压力型锚杆锚固段的轴力分布和剪应力分布,以及锚固段长度的计算公式。并在此基础上进一步分析了压力型锚杆锚固段长度与岩土体弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角等参数的关系。结果表明：锚固段长度随岩土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增大而减小;随岩土体泊松比的增大几乎呈线性增加,但增幅极为有限;随拉拔荷载的增加而增加。     

锚杆灌浆体与岩(土)体间的粘结强度

根据岩土锚固的有关试验资料,分析了影响锚杆灌浆体与岩土体间粘结强度的主要因素,提出了锚杆灌浆体与岩土体间粘结强度的建议值,并指出了锚杆受荷时,沿锚固段长度粘结应力分布的不均匀性,其不均匀程度随锚固段长度的增加而加剧。以往在计算锚杆抗拔力公式中对不同锚固长度的锚杆均采用单一的粘结强度值是不合理的,而应引入锚固长度对粘结强度的影响系数。     

拉力分散型锚杆应力分布特性对比试验研究

针对自由段及锚固段长度相同的普通拉力型锚杆及拉力分散型锚杆,设计并进行了对比张拉试验。采用在各锚杆锚固段粘贴电阻应变片的方式,获得锚杆锚固段轴力及摩阻应力在整个张拉受力过程中的分布状态及变化趋势。试验结果表明,相比普通拉力型锚杆,拉力分散型锚杆可以显著改善锚固段受力状态。砂性土中锚固段长度为16m的普通拉力型锚杆,随着张拉荷载的不断增加,杆体轴力能够逐步传递至锚固段末端,但锚固段末端利用效率相对较低,而拉力分散型锚杆锚固段轴力分布状态较普通拉力型锚杆有较大改善,直接传递至锚固段后端的轴力更大,且分布更加均匀。但由于拉力分散型锚杆长锚索单元自由段的自由度未能完全达到设计要求,其传递至锚固段的轴力存在一定损耗。     

预应力锚杆内锚固段锚固特性及参数影响分析

本文利用半无限体柱状孔洞内受均布压力作用下的弹性解,推导出杆体与浆体界面、浆体与岩土体界面及周边岩土体内的位移和剪应力的分布形式,考虑外荷载大小、浆体与岩土体的弹模比及孔径等因素对预应力锚杆内锚固段的锚固特性的影响,旨在对预应力锚杆加固机理得到更加清晰的认识。     

新型钉式双锚头压环锚杆锚固机理及工程应用

提出一种新型钉式双锚头压环锚杆，此种锚杆通过双锚头来提高锚固力，即：第一锚头起导向作用，第二锚头与围岩作用，提高锚杆的锚固力，在软岩中第一锚头有直接锚固作用。通过调整压环与锚头之间的距离来确定锚杆的锚固长度。还介绍了此种锚杆的技术参数，并与砂浆锚杆与管缝锚杆进行试验对比，发现钉式双锚头压环锚杆具有锚固力大，后期锚固可靠。锚杆受力后移出量小，能有效地加固围岩，阻止围岩变形，且安装打设迅速，并可立即承载，锚杆各部位结构设计合理，功能齐全，适应性强等特点。通过在大雁局三矿现场应用表明，其现场应用效果较好。     

全螺纹GFRP黏结型锚杆锚固性能试验研究

 通过全螺纹GFRP锚杆的改进拉拔试验,测试与分析全螺纹GFRP锚杆在锚固工程中与岩体的黏结性能,并推导出GFRP锚杆的锚固承载力设计公式,给出GFRP锚杆锚固设计各参数的确定方法,以便于全螺纹GFRP锚杆在工程中的应用。试验测试项目包括砂浆强度、锚固长度、锚杆直径等对于全螺纹GFRP锚杆锚固力的影响,以及GFRP锚杆杆体黏结应力分布。测试发现：锚固力随砂浆强度、锚固长度、锚杆直径的增大而增大;黏结强度则随砂浆强度等级增大,但随锚固长度和锚杆直径的增大而减小。分析认为：采用全螺纹GFRP锚杆进行工程锚固时,全螺纹GFRP锚杆的直径可取12～32 mm,锚固长度应大于20倍的锚杆直径,锚固砂浆的强度等级为M15以上。     

破裂围岩锚固体变形破坏特征试验研究

为了进一步揭示破裂围岩锚固体的承载机制,在自主研制的真三轴物理模拟试验系统的基础上,采用反复加卸载围压的方法预制破裂岩体,加锚后进行继续加载试验,研究破裂围岩锚固体以及锚杆的变形破坏特征。研究发现,随着锚杆预紧力的增加,锚固体变形模量随之增加,全应力–应变曲线呈现双峰特征。在锚杆预紧力较小的情况下,破裂围岩内部滑移块体主要沿原有裂隙面滑移,二次破坏较少发生且裂隙发育位置比较集中。在锚杆预紧力较大的情况下,滑移块体会发生二次破坏,破裂围岩锚固体新生裂隙倾角高、数量多且分布均匀。锚固体变形过程中锚杆控制角在空间以及时间上不断发展变化：锚杆压缩区在空间上为向围岩深部开口的喇叭形,其深度为1～1.5倍托盘直径;随着锚固体压缩变形,锚杆压缩区会发生二次甚至多次破裂。锚杆控制角在压缩区初次破裂时为50°～64°,在压缩区多次破裂后最终稳定为34°～56°。锚杆在破裂面附近受到两侧滑移块体剪切错动作用下处于压、张、剪复杂应力状态,弯曲变形严重,这反过来使破裂面两侧滑移块体出现一定程度的错动分离。     

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。     

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。     

压力分散型锚索设计中应考虑的几个问题

 在分析压力分散型锚索锚固机制的基础上,提出该类锚索设计中应考虑的3个问题,即单元锚固段长度的计算问题、承压板处浆体的变形问题和工后坡体变形引起钢绞线的不均匀荷载问题,认为该类锚索较拉力型锚索的锚固力有所提高,是因为浆体受压时径向的膨胀变形受到岩土体约束,岩土体越坚硬约束作用越强,锚固力提高值越多,反之则小。由此提出物理概念清楚、计算简单的单元锚固段长度计算公式。按照承压板处浆体的变形特征,提出变形量的计算公式,由此可进行浆体的变形验算。为消除工后坡体变形引起钢绞线的荷载不均匀问题,建议采用基于工后允许位移的张拉法,给出详细张拉顺序和计算公式。     

双锚固段新型锚索锚固机理数值分析及应用

为了探究双锚固段新型锚索的锚固机理,从结构形式入手,分析受力模式与设计计算方法,采用有限差分数值软件进行数值模拟,建立不同外锚固段长度、自由段长度及内锚固段长度双锚固段新型锚索数值模型。在外锚头段锚固力不断损失时,新型锚索三段长度变化对锚索各段轴力、灌浆体与孔壁之间接触面上的剪应力影响规律研究,并通过工程实例验证。研究结果表明:(1)当外锚头锚固力损失时,外锚固段轴力自外锚头处开始逐渐降低,外锚固段灌浆体与孔壁间剪应力自外锚头处开始逐渐发展;(2)将外锚头锁定的预应力进行卸载的过程中,量测内锚固段注浆体的应变基本保持稳定,表明外锚头施加的预应力已完全由外锚固段与孔壁间粘结力承担,避免了因外锚头失效导致的锚索预应力损失,整个锚固系统实现了反向自锁的功能;(3)外锚头锚固力损失相同时,外锚固段长度越短,自由段锚索轴力变化越大;(4)新型锚索自由段长度大4 m。研究结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机理和锚固工程设计具有一定的参考价值。     

Experimental study on the progressive failure and its anchoring effect of weak-broken rock vertical slope

To improve the understanding on the failure behavior and its anchoring effect of weak-broken rock slope, the rock of grade IV according to China is taken as reference prototype, and a series of model tests were carried out in laboratory. These tests can be divided into two categories, that is, with bolt reinforcement and without bolt reinforcement. In which, the stability of slope reinforced with different bolt diameter, different anchor length and different space are studied. The test results show that the collapse of slope is the combination of tension failure at the top and the compression-shearing failure at the bottom of the slope, and its failure process presents progressive characteristics. The contributions of bolt reinforcement are mainly reflected by the aspects of shear resistance, crack resistance and anti-extension. The reinforcement of blot not only can improve the vertical bearing capacity before failure, but also can reduce the vertical settlement and allow greater lateral rock wall deformation; what is more, the stress concentration degree in rock mass can be dispersed, which do help to improve the stability of slope rock mass.     

悬索桥隧道式锚碇系统力学行为研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统数值模拟结果，通过现场原位相似模型试验进行验证，研究了锚碇系统的力学行为特征、变形机制及稳定状态。结果表明，在主缆张拉和运营阶段，围岩对锚碇的夹持作用是以锚碇前底板为支点来抵抗锚碇体后部向上转动和向前滑移。岩锚初始预应力、自由段长度、外部荷载量值控制着锚索及锚碇在锚碇系统中参与的荷载贡献值和作用时机。锚碇体倾角、长度、放大角、接触界面粗糙度及结合程度影响锚碇位移和系统的稳定性。     

考虑σ2作用的加筋土挡墙筋材设计计算

通常加筋土挡墙筋材拉力和锚固区长度的设计计算是基于莫尔-库仑准则得到的，没有考虑中主应力σ2的影响，而双剪强度理论克服了莫尔-库仑准则的不足，并利用双剪强度理论的φ1，Ct参数替代莫尔-库仑抗剪强度指标。基于双剪强度理论（m=1）计算分析了挡墙筋材拉力大小及其锚固区长度，并将该结果与基于莫尔-库仑准则计算的结果进行了对比，结果表明墙高较小时两者结果基本一致，而墙高较大时，双剪强度理论计算结果大于莫尔-库仑准则计算的结果。