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。结果表明:解析解与试验结果基本吻合。本文分析了以锚杆为代表的锚固类结构第一、第二界面剪应力分布,对工程实践具有指导参考价值。     

锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究

对近年来有关锚杆无损检测的研究工作进行总结.通过理论分析和实验研究,对锚杆锚固质量无损检测中的几个关键问题进行较为深入的探讨研究:通过逐渐改变锚杆自由段和锚固段相对长度的方法,研究底端反射的变化规律,得出锚固长度小于3/4首波波长时底端反射不明显的结论;通过对锚固体控制体积的力学分析,用水泥砂浆在不同养护时间内的固化程度和对杆体的握裹强度模拟锚固介质的黏结强度,得出固结波速与锚杆杆体、锚固介质及围岩之间的黏结强度有关的结论;通过对承载条件下锚杆动态响应的分析和实验研究,得出锚固体系的基频和动刚度与荷载呈幂函数增长的规律,以及锚杆的动态响应与锚杆的工作荷载与极限承载能力的相对大小显著相关的结论.研究结果可用于锚杆无损检测的工程实践.     

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。     

拉力型锚杆锚固性能与界面力学传递试验分析

锚杆锚固段界面剪应力的传递规律是锚杆设计和锚固性能评价的重点。通过采用不同锚固参数进行拉力型锚杆的拉拔试验,分析在不同类型围岩中各界面及围岩中距锚固体表面2 cm处的应变片的实测值,得到了锚固系统在不同围岩条件下沿锚杆轴向和径向的应力传递规律和第二界面剪应力传递规律。结果表明:1)锚固系统各界面的剪应力衰减过程沿杆体和径向两个正交方向衰减,分布不均匀;合理选择锚固段长度可以提高锚固系统的承载能力;2)围岩强度降低后,第一界面剪应力沿锚杆轴向的分布相对更加均匀,同时也使锚杆的作用范围增大。     

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。     

地震作用下锚固参数对岩体边坡锚固界面剪应力分布影响分析

基于FLAC3D软件,以含软弱层的锚固岩质边坡为研究对象,通过修正的cable单元建模和改进剪应力提取方法,利用数值模拟方法系统地分析研究了地震作用下锚固参数对含软弱层岩体边坡锚固界面剪应力分布的影响。研究发现:随砂浆层厚度增加,砂浆–岩体界面脱黏增长,杆体–砂浆界面脱黏减小;随锚杆横截面积增大,锚固界面剪应力向锚头和锚根转移,脱黏增长;适当增加锚固段长度和减小锚杆间距均有利于边坡稳定;一定的锚固段长度下宜适当增大锚杆倾角。揭示了地震作用下锚固参数对边坡锚固界面剪应力分布和锚固机理的影响,对边坡锚固的设计施工具有重要参考价值。     

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。     

锚杆锚固质量无损检测中的激发波研究

采用数值模拟和实验模拟的方法对锚杆-锚固体系中的波动特征进行研究。数值模拟和实验模拟都表明在一般测试激发波的频率范围内锚杆以及锚固体系中传播的波是导波，在不同频率时波的传播速度、波的衰减特性都不同。在锚固锚杆中存在最佳激发波，它能使波传播衰减最小传播距离最长。通过数值模拟的方式找到了对于实验室的锚固锚杆模型能使底端反射清晰可见的最佳激发波。据此定制了实验装置及传感器，实验结果与数值模拟取得了很好的一致性。实验和数值模拟都证明采用最佳激发波可以大人增加锚杆锚嘲质量检测中的测试深度。     

锚固洞室在顶爆作用下破坏形式及破坏过程研究

利用抗爆模型试验和数值分析方法,研究锚固洞室在顶爆作用下的破坏形式及破坏过程。根据锚固洞室破坏模型试验,发现锚固洞室主要有:受拉破坏、剪切破坏、受压破坏和压剪破坏4种破坏形态。通过分析试验解剖图和应力波传播规律发现:爆炸应力波作用下,锚固洞室首先在拱顶锚固区发生"层裂"现象,在自由面附近有类似半椭圆拱岩石介质脱落;同时两侧容易形成"八"字型剪切裂纹,随着爆炸荷载强度增加,如果锚杆加固较弱会在洞顶产生局部坍塌,一旦锚杆加固较强就会发生从爆心至洞室整体坍塌。最后利用数值分析方法分析了洞室受力情况和塑性区发展过程,进一步探讨了锚固洞室在顶爆作用下破坏形式和破坏过程。     

不同围岩条件玻璃纤维增强塑料锚杆结构破坏机制现场试验研究

锚杆支护方法在岩体加固工程中应用较为广泛,锚杆作为支护结构的核心应具有足够的安全度和耐久性.由于钢材易腐蚀,钢锚杆的耐久性受到极大的关注.玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,与钢筋锚杆相比,它具有较好的力学性能和耐腐蚀性能.通过现场原型试验,系统分析了不同围岩环境和受力条件下GFRP锚杆的抗拉特性,论证GFRP锚杆使用的适宜性,为GFRP锚杆的推广应用提供了较充分的基础数据.根据现场锚杆结构拉拔破坏性试验,研究了GFRP螺纹锚杆破坏机制和应力应变规律,为GFRP锚杆的工程应用提供了理论依据.试验结果表明,GFRP锚杆结构破坏形式有3种:杆体自由段脆性劈裂破坏、锚杆和砂浆界面剪切破坏及砂浆和围岩界面剪切破坏;GFRP锚杆的锚固机制因围岩风化程度不同而异;锚杆应力应变在锚固体内的传递深度随围岩风化程度的增加而增加;围岩风化程度越高,围岩和砂浆接触面强度较低,随着荷载的增加,围岩和砂浆界面出现剪切滑移破坏.     

端锚锚杆工作载荷的导波确定法

 使用纵向导波对端锚锚杆的工作载荷进行无损检测。首先分析端锚锚杆工作载荷在锚杆自由段及锚固段的不同分布特征,然后计算纵向导波在锚杆自由段(承受拉应力)中的传播速度。当锚杆变形在弹性范围内时,随着自由段承受拉应力的增大,同一频率纵向导波在锚杆中传播的群速度逐渐减小,并且群速度与拉应力大小呈线性递减关系;对纵向导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射情况进行试验研究,结果表明,45～75 kHz频率范围纵向导波在锚固段上界面有明显的反射回波;提出使用纵向导波在锚固段上界面的反射回波及在锚杆自由段的传播时间来确定锚杆工作载荷的大小,由理论分析得到的工作载荷与导波传播时间的关系曲线与试验结果具有相同的趋势。     

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。     

新型玻璃纤维增强塑料砂浆锚杆的黏结性能试验研究

锚杆广泛应用于隧道、边坡、地下硐室开挖及支护工程中。通过锚杆的支护加固，岩土体的强度和稳定性能够得到显著的改善和提高。传统的钢锚杆在不良地质条件下存在锈蚀严重的缺点，给支护结构的安全性和耐久性带来严重威胁。玻璃纤维增强塑料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，是代替钢筋制作锚杆的理想材料之一。在经典拉伸试验模型的基础上，结合锚杆本身的受力特性，建立一种改进的拉伸试验模型，并且根据此试验模型，对直径分别为10，13，16mm的表面经过喷砂和缠绕纤维束处理的玻璃纤维增强塑料锚杆，以及直径为25mm的螺纹钢进行拉伸试验，试样的总数量为24组。试验采用强度等级为C60的混凝土模拟岩体，并采用强度等级分别为41．5，55．5MPa的砂浆作为锚固剂。在试验结果基础上，对玻璃纤维增强塑料锚杆的拉拔破坏模式、临界黏结长度、拉拔承载力、平均黏结强度以及与钢锚杆拉拔性能的比较进行研究讨论，对砂浆锚固玻璃纤维增强塑料锚杆的黏结性能进行系统全面的分析评价，为推广玻璃纤维增强塑料锚杆的工程应用、相关规范的制定，以及进一步研究工作提供一定数据储备和理论支持。     

Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts

Experiments were conducted to study the behavior of guided waves in free and grouted rock bolts. Ultrasonic waves with frequencies from 25 to 100 kHz were used as excitation inputs. Tests were first conducted on free bolts to help understand the behavior of guided waves in non-grouted bolts. The effects of wave frequency and grouted length on the group velocity and attenuation of the guided ultrasonic waves were then evaluated. The test results indicated clear but different trends for the group velocity in the free and the grouted bolts. The attenuation in free bolts was not affected by bolt length and frequency. However, in grouted bolts it increased with frequency and grouted length. It was also found that the two main sources of attenuation are the setup energy loss, which has a fixed quantity for a specific type of test setup, and the dispersive and spreading energy loss which varies with frequency and bolt length.     

A new analytical solution for the displacement of fully grouted rock bolt in rock joints and experimental and numerical verifications

This study proposes a new analytical solution to predict displacement of a fully grouted rock bolt intersected by single rock joint. The main characteristics of the analytical model, consider the bolt profile and joint movement under pull test condition. The anchorage capacity of fully grouted bolts has been studied for many years; however, the bolt profile and its effect on bolt shear resistance are poorly understood. Investigations of load transfer between the bolt and grout indicate that the bolt profile shape and spacing play an important role in improving the shear strength between the bolt and the surrounding strata. Rock displacement is a sum of elastic part and a jump part due to the presence of joints planes. The performance of the proposed analytical model is validated by experimental method and comparison with numerical modeling. The results showed that there is a promising agreement between analytical and numerical methods. Studies indicate that the displacement rate between the bolt and the rock declines exponentially. Which is dependent on the bolt characteristics such as: rib height, rib spacing, rib width and thickness grout, material and joint properties.     

回采巷道锚杆动载响应的数值分析

采用二维快速拉格朗日程序FLAC，对回采巷道锚杆支护(端锚和全锚)进行地震动载模拟分析，得出锚杆轴力随动载作用时间的变化规律，同时发现锚杆安装角对轴力的动载响应有很大影响。在给定的模拟条件下，锚杆一般不会因为地震动载而失效，但锚杆需保留有一定的抗拉强度潜能．端锚和全锚对动载的响应不同，端锚支护巷道受动载的破坏较全锚小，表明动载巷道锚杆支护应采用端锚(或加长端锚)方式。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC 3 D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律.得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环...     

基于小波分析的砂浆锚杆锚固质量缺陷评价

对深基坑支护中常用的岩土锚杆进行锚固质量无损检测的关键是对采集的动态加速度曲线进行合理的分析。为此,分别设计了三种不同工况模型:无缺陷、一个缺陷和两个缺陷的锚杆模型。通过敲击试验,采集到加速度响应曲线后,利用Matlab程序在计算机上实现波形重现,然后采用小波分析等方法对振动波形进行对比分析,建立振动波形与各工况之间的内在联系,以反映锚杆锚固质量的三个度量参数,亦即一次行波周期、时频谱中的频率值和能量衰减程度。结果发现:通过时域波形和时频谱可正确反映不同锚固状态下的动力响应规律,即锚固质量越好,锚杆中应力波衰减就越快。