锚杆-围岩结构系统低应变动力响应理论与应用研究

建立锚杆一围岩结构系统低应变纵向动力响应的数学力学模型，为研究锚杆结构系统的无损探伤原理及方法提供理论依据。通过理论研究、实验室模型试验和数值模拟试验等技术，研究不同损伤锚杆应力波的传播规律、特性。锚杆系统动力参数的变化可准确反映锚杆的损伤程度，而动力参数的识别是衡量锚杆锚固质量的一条途径，同时提出一种对锚杆-围岩结构系统进行参数反演的遗传算法。利用现代信号分析理论，通过神经网络等现代人工智能手段，探讨锚杆系统损伤位置的确定方法和锚杆-围岩结构系统的识别方法，提出一种锚杆锚固质量定量分析的方法，建立锚杆系统无损探伤的智能诊断系统，并进行现场测试应用。     

单孔复合型锚杆锚固体应力分布特征研究

结合某工程深基坑边墙单孔复合型锚杆施工,选取4根锚杆作为试验锚杆,通过在锚固体范围埋设多个应变测试元件,对锚固体在不同张拉载荷条件下的应力分布状态进行了现场测试研究.根据单孔复合型锚杆的结构特点,对代表性锚固体建立有限元数值模型,并对锚固体的应力-应变特征进行了数值分析.根据现场测试和数值分析结果,对单孔复合型锚杆锚固体的应力分布规律和锚固机理进行了研究.     

锚固质量的无损检测技术

基于锚固体系的锚杆动力学及应力波运动学理论,研究了锚固体系的振动特征和锚固体系中声频应力波传播的能量衰减规律,进而提出快速普查检测锚杆锚固状态的声频应力波法：介绍了依据拉拔曲线转折段两边割线的交点法确定锚杆锚固力的无损拉拔检测技术原理,并实际应用于潘集第一煤矿巷道锚杆支护施工质量的检测。     

锚杆动测问题的解析解

岩石声波测试技术应用于锚固工程的无损检测中，其基本原理是采用动力瞬态激振使锚杆引起弹性振动，通过测定锚杆的振动响应来估计和推断锚杆中的缺陷。应用弹性动力学的基本理论，建立了锚杆动测问题的物理模型，在力学上表现为给定扰动源信息及边界条件、初始条件，建立描述介质运动的支配方程，归结为双曲型或双曲—扩散型方程的初值或初值—边值问题，由此求解其动力响应，推导了一维非齐次波动方程在有界域情况下的解析解。     

锚杆–围岩结构系统低应变动力响应理论与应用研究

建立锚杆–围岩结构系统低应变纵向动力响应的数学力学模型,为研究锚杆结构系统的无损探伤原理及方法提供理论依据。通过理论研究、实验室模型试验和数值模拟试验等技术,研究不同损伤锚杆应力波的传播规律、特性。锚杆系统动力参数的变化可准确反映锚杆的损伤程度,而动力参数的识别是衡量锚杆锚固质量的一条途径,同时提出一种对锚杆–围岩结构系统进行参数反演的遗传算法。利用现代信号分析理论,通过神经网络等现代人工智能手段,探讨锚杆系统损伤位置的确定方法和锚杆–围岩结构系统的识别方法,提出一种锚杆锚固质量定量分析的方法,建立锚杆系统无损探伤的智能诊断系统,并进行现场测试应用。     

完整锚杆横向动力响应问题的求解与分析

锚杆锚固质量两个主要衡量指标是锚固状态和锚固力。锚固状态是指锚杆施工后的锚固段长度、自由段长度、密实度和施工缺陷等;锚固力指现场拉拔试验过程中临界破坏点的拉拔力,又称极限抗拔力。利用振动波传播具有的许多独特性质,可以在锚杆表面人工激发应力波来探测锚杆体系内部的结构和性质,以此来判断锚杆的锚固状态。锚杆的无损检测研究已提出多年,但研究方向主要为纵向振动,有关锚杆系统的横向动力响应很少有人提及。建立了锚杆体系横向动力响应的理论模型,推导了完整锚杆的理论半解析计算公式,在此基础探讨了锚杆系统横向振动随锚杆长度、激振力作用时间等变化的一些规律。     

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。     

树脂锚杆波动机理与锚固承载力无损检测初探

煤巷锚杆支护技术在我国煤矿巷道支护中应用越来越广泛,但是目前对树脂锚杆极限锚固承载力的无损检测仍没有找到一种非常准确、有效地方法,因此进行锚杆极限锚固承载力的无损动力检测研究具有非常重要的现实意义。首先根据树脂锚杆的结构特点建立了锚杆的纵向振动力学模型,解析分析了锚杆非锚固端、锚固端的波动特征,得到锚固段锚固界面粘结刚度与锚固结束端的反射波能量的线性相关性,粘结刚度越高,锚固结束端的反射波子波数也越多,反射波能量越强;然后综合分析了锚杆锚固段的剪应力分布特征,得到了锚固段极限锚固承载力的计算公式;研究结果表明:采用瞬态激振弹性波法进行锚固段极限锚固承载力无损检测是可行的。     

深基坑工程喷锚支护锚杆无损检测试验研究

锚杆锚固技术在岩土工程界应用广泛,传统的静载荷拉拔试验检测是一种破坏性方法,难以满足工程实际进行大面积锚杆检测的需要,而应力波反射法这种动力测试方法既简便经济又迅速可靠,不会对锚杆产生破坏作用,具备较高的工程效益.依据桩基动测原理,利用ZK-7E智能测桩仪对某工程中试验锚杆进行无损检测,通过对实测波形分析,得出缺陷位置与预设情况一致,说明该方法具有准确性和可行性,值得推广应用.     

考虑剪切–滑移刚度变化的纤维筋锚杆锚固性能的能量算法

纤维增强塑料筋锚杆具有的高强度、耐腐蚀特性使其比传统钢锚杆更具应用前景,目前其相关研究尚处于起步阶段。锚固力学特征分析对其应用于锚固工程具有直接的指导意义,对此从纤维增强塑料筋锚杆拉拔试验所得P-s曲线出发,建立锚固段剪切滑移刚度沿程变化的界面黏结–滑移本构模型,该模型包含了对锚杆材料属性、岩土体性质、围岩应力状态以及接触面性质的综合反映。结合受力平衡方程和变形协调方程,以最小势能原理为约束条件,在边界条件下,通过离散迭代求解了端部锚固锚杆在拉拔荷载作用下锚固体轴向应力、侧阻力以及相对滑移的分布演化规律,并从能量角度推导端锚条件下锚杆临界锚固长度的计算模型。算例计算结果与实际工程所测得的规律和趋势相符,验证算法的合理性。该算法能够为纤维增强塑料筋锚杆锚固系统的分析和设计提供理论参考。     

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。     

沿桩顶径向的动测三维效应分析

 基桩动测问题的理论基础一维应力波理论只有在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比足够大时才能近似成立，否则该问题实际上为应力波在柱体中传播的三维问题。基于应力波理论，考虑计算精度和效能，借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行一维和三维动态仿真，对比分析两种模型计算结果异同，沿桩顶径向三维效应主要表现为不同部位速度响应不同且信号发生振荡，入射波存在延时，反射波到时也存在差别。结合野外实验较系统地研究这些三维效应随锤桩比、波长桩径比、长径比的变化规律，给出三维效应的动测规避方式。     

GFRP锚杆粘结特性研究

通过GFRP锚杆与水泥砂浆之间的粘结强度试验,研究了GFRP锚杆的锚固特性,采用理论分析方法研究了GFRP锚杆表面沿锚固长度方向的应力分布,获得了锚杆轴力和粘结应力沿杆长的分布规律,并采用数值模拟方法对结果进行了验证。     

侧爆作用下硐室锚杆受力动态响应数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D, 研究了在侧爆应力波的作用下硐室锚杆支护受力动态响应。数值分析结果表明:通过对比相同比例距离的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果可信;基于不同位置锚杆中间单元轴向应力时程曲线分析,发现迎爆侧受到应力波的作用明显大于背爆侧;迎爆侧侧墙锚杆既受压又受拉,并且锚杆8受压最大;受拉较强部位主要集中在迎爆侧,锚杆7拉应力峰值最大;从锚头到锚端锚杆拉应力峰值和压应力峰值都是先增加再减小,最大压应力峰值偏向锚端,而最大受拉位置与应力波的幅值和波长有关。     

锚杆支护参数对岩爆防治效果的影响研究

岩爆是一种严重威胁深埋地下工程施工安全的动力灾害,现有诸多岩爆判别指标,但均未考虑支护作用的影响。鉴于此,本文基于弹性应变能理论,结合锚固效应与锚杆吸能理论,提出了锚杆支护下的岩爆危险性判别准则。以草果山隧道为例,对不同锚杆支护参数下岩爆防治效果进行研究,选取锚杆间距、锚杆长度、锚杆直径和锚杆类型4个因素,在不同岩爆等级下进行正交数值模拟试验。试验结果表明:对岩爆判别准则影响大小次序依次为锚杆类型>锚杆间距>锚杆长度>锚杆直径。此外,试验结果还得出了不同岩爆等级下的锚杆支护的最优参数选择,为同类高地应力隧道支护措施设计提供了参考。     

运用有限元和神经网络为SHPB装置构造理想冲头

针对大直径岩样专用SHPB试验装置存在的三维效应问题,从三维实体研究入手,利用非线性动力分析有限元程序对不同形状系列冲头进行了实体模拟;并运用径向基函数神经网络对模拟所得数据系列进行网络仿真,然后利用该网络对理想冲头形状进行自适应识别,构造了半正弦波加载SHPB装置的理想冲头,进一步完善了大直径SHPB试验技术;最后与基于一维应力波理论反演设计的冲头进行了比较。结果表明,基于三维实体模拟和径向基函数神经网络构造的冲头产生的应力波形更为理想。     

简谐动力波作用下锚杆拉拔试验研究

针对锚固工程中遇到的动力问题,采用简谐动力波作用下的破坏试验,研究在动力作用下锚杆的锚固机理、锚杆剪应力分布规律及动态抗拔力;结果表明：在动力波作用下剪应力从锚杆端部到底端轮番增大,使锚杆剪应力沿全长均发挥作用,动力作用下抗拔力均比静态经验公式及静态试验结果大。     

砂固结预应力锚杆的试验及其数值模拟

砂固结预应力锚杆的锚固力是由砂体与锚孔壁之间的摩擦力提供的。设计了室内试验和现场试验 ,并对这项技术作了深入地研究。基于室内试验成果 ,对现场试验作了数值模拟分析     

砂浆锚杆的锚固及失效机理研究

岩土锚固能调用和提高岩土的自身强度和自稳能力。本文在对工程实际情况作了一些简化的基础上,在实验室内模拟了砂浆锚杆的锚固及失效过程,推导出了轴对称条件下弹性围岩内锚杆杆体受力的解析表达式,并应用声波透射法初步探讨了锚固应力与声学参数的相关性。