透明土中连续球体型锚杆拔出机理研究

采用透明土材料和粒子图像测速法(PIV)技术,通过物理模型试验研究锚杆拔出机理。在模型试验中采用A、B两种不同尺寸的连续球体锚杆锚固段,试验获得各锚杆锚固段上移对周围土体的扰动规律、锚杆位移与锚固力变化曲线以及拔出破坏时破裂面的位置及形状。通过分析连续球体锚杆锚固段的极限承载力和锚固段破坏机理,推导出连续球体锚杆抗拔力的计算公式。试验结果分析表明:本文试验条件下,锚杆拔出时竖向位移最大影响范围与连续球体的半径和间距有直接关系;A、B型连续球体锚杆的极限承载力,分别比普通圆柱型锚杆提高52%和117%;连续球体锚杆锚固段在上拔破坏过程中抗拔力的贡献可分为3个部分:直杆与土层的黏结、肩部端承力和黏土黏聚力。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅱ:模型试验

针对传统拉力型和压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。通过对传统锚杆及拉压复合型锚杆开展模型试验,对比研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其锚固性能。结果表明:拉压复合型锚杆极限抗拔承载力比传统拉力型锚杆大幅提高,拉压长度比为1∶2和2∶1时,分别提高79%和161%,且具有更好的位移延性和抗变形能力;拉压复合型锚杆峰后残余抗拔承载力显著提高,传统拉力型和压力型锚杆稳定残峰比最大值均不超过0.40,锚头相对拔出变形ξs=2.5%时,残峰比平均值分别为0.292和0.259;TC360-12锚杆和TC360-21锚杆稳定残峰比最小值分别不低于0.45和0.60,ξs=2.5%时,残峰比平均值分别为0.545和0.790;拉压长度比为2∶1的拉压复合型锚杆即将破坏时,受拉锚固段和承压锚固段协同承载能力更强,界面黏结强度得到充分发挥,锚杆极限抗拔承载力更高。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅱ：模型试验

针对传统拉力型和压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。通过对传统锚杆及拉压复合型锚杆开展模型试验,对比研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其锚固性能。结果表明：拉压复合型锚杆极限抗拔承载力比传统拉力型锚杆大幅提高,拉压长度比为1∶2和2∶1时,分别提高79%和161%,且具有更好的位移延性和抗变形能力;拉压复合型锚杆峰后残余抗拔承载力显著提高,传统拉力型和压力型锚杆稳定残峰比最大值均不超过0.40,锚头相对拔出变形ξ_s=2.5%时,残峰比平均值分别为0.292和0.259;TC360-12锚杆和TC360-21锚杆稳定残峰比最小值分别不低于0.45和0.60,ξ_s=2.5%时,残峰比平均值分别为0.545和0.790;拉压长度比为2∶1的拉压复合型锚杆即将破坏时,受拉锚固段和承压锚固段协同承载能力更强,界面黏结强度得到充分发挥,锚杆极限抗拔承载力更高。     

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。     

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。     

成都卵石地层抗浮锚杆施工工艺及拉拔试验研究

成都卵石层地区抗浮水位高、地下工程结构承受的浮力大,单根抗浮锚杆抗拔承载力要求高,采用增加锚固体长度提高承载力的方法受到"长度临界值"的限制,增加锚固体直径、改善锚固体与岩土间界面特性对提高承载力起关键作用。采用钻机成孔、高压旋喷注浆的工艺施工锚杆,进行多级循环拉拔试验,根据锚杆的荷载-位移曲线及现场变形破坏特征,确定抗浮锚杆破坏模式为锚固体与岩土体粘结界面破坏。试验结果证明,卵石地层高压旋喷注浆工艺锚杆比常规注浆工艺锚杆的抗拔承载力高,可为进一步试验以及工程设计、施工提供参考。     

风化岩层锚杆临界锚固长度原位试验研究

通过在大连地区典型的强风化板岩和强化辉绿岩中开展锚杆现场拉拔试验,分析该风化岩层中锚杆锚固段长度对极限抗拔承载力及锚固段与风化岩层界面间剪应力规律的影响,研究了大连地区典型风化岩层锚杆的临界锚固长度。结果表明,强风化板岩和强化辉绿岩界面的剪应力极限值基本一致;试验短锚杆具有较高的承载力,而长锚杆的极限抗拔承载力增加十分有限,仅仅依靠增长锚固段长度来获得更高的极限抗拔承载力是不合理的;锚杆基本试验应充分考虑锚固段长度的影响;实际工程中,强风化板岩和强化辉绿岩的锚杆临界锚固长度可取3.5m和4.0m。本文的研究结论对大连地区及风化岩层地区的锚杆设计,都具有很好的学术研究价值和工程应用价值。     

砂卵石地层自钻式锚杆锚固性能现场试验研究

为研究自钻式锚杆在砂卵石地层中的锚固性能,开展了18根自钻式锚杆的现场拉拔试验,从极限抗拔承载力、荷载-位移曲线及界面平均粘结强度等方面进行了分析。结果表明：砂卵石地层中自钻式锚杆的极限抗拔力随锚固长度的增加而增大,当锚固长度超过一定数值后,对提高锚杆极限抗拔力的能力有所下降;在破坏荷载前,自钻式锚杆的抗拔荷载–位移曲线基本呈线性,且位移量较小,达到破坏荷载时,位移量急剧增大,荷载–位移曲线出现明显拐点;锚固体–卵石界面平均粘结强度均值为0.14 MPa,高于该地区卵石层推荐的qsk值0.11 MPa,且锚固长度约在2～4 m时,界面平均粘结强度整体处于较高值。     

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。     

锈蚀锚杆与砂浆黏结机理试验研究

锚杆通常工作于软弱破碎的不良地质环境中,岩土介质及地下水中存在的腐蚀性介质、干湿交替、永久浸泡、密闭潮湿、杂散电流、双金属作用等各种因素,都会引发锚杆锈蚀。锈蚀使锚杆表面性状改变,从而影响杆体与砂浆之间的有效黏结,导致锚杆极限抗拔力下降。基于拉拔试验,研究了锈蚀及锈蚀部位对锚杆极限抗拔力和黏结性能的影响机理。结果表明:锚固段无锈蚀试件的极限抗拔力明显高于锚固段发生锈蚀的试件,并且锚固段前段锈蚀对锚杆极限抗拔力的不利影响最大,因此,锚固段前段是锚杆与砂浆黏结的关键部位。试验数据证实锈蚀在锚杆与砂浆界面间起"润滑"的不利作用,破坏了应力由锚杆到砂浆的有效传递路径,是导致锈蚀锚杆极限抗拔力下降,锚固端滑移量增大的主要原因。     

沙漠地区输电线路铁塔基础抗拔试验

对达拉特-丰镇超高压输电线路的铁塔基础做了模型试验和现场试验,测试了土中应力、位移和破坏形式,提出了破坏机理、抗拔承载力计算方法和位移控制计算方法。     

筋土界面变形破坏模式细观试验研究

利用自制的模型试验设备,在平潭标准砂中对玻纤网布和土工格栅进行了一系列拉拔试验,应用数字照相变形量测技术,从细观角度研究土工合成材料(片状的和格栅状的)接触界面的变形模式,得出接触面的形式和厚度,还研究了土工格栅横肋作用下土体的破坏模式。接触界面区域在传统意义上并不被认为是剪切带,本文模型试验的结果表明二者在本质上是一致的。在土工格栅拉拔试验中,土工格栅的位移逐步从前部向后部发挥,出现上下两条接触面区域,其厚度在密砂和松砂拉拔试验中相当于5倍和7.5倍平均颗粒直径;在玻纤网布拉拔试验中,只出现一条接触面,其厚度为7.5倍平均颗粒直径;随着位移的增加,格栅横肋在土中的最大剪应变集中区域呈“x”形,但并不对称。本文揭示了加筋土的宏细观力学机理,研究内容、方法和主要结论可为类似的研究提供参考,并从细观机理上为接触界面的研究提供新的认识和理解。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

大跨径悬索桥隧道锚变位分析

四渡河大桥是我国首次采用隧道式锚碇的大跨径悬索桥。基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟。围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元。围岩采用修正的Mohr-Coulomb破坏模型。围岩开挖应力的释放用场变量相关折减弹性摸量法模拟。研究结果表明,浇注锚体混凝土阶段顶部围岩最大下沉位移2.3 mm,底部围岩竖向位移趋近于0。在正常缆力下,两个锚体围岩的位移场有部分的独立性,缆力增大时两锚体围岩形成共同的位移场。锚碇可能的破坏形式是两锚体向外侧歪斜拔出;锚碇周围岩体的位移均处于毫米的量级,远小于桥塔顶部位移的容许值。数值分析的结果为该大桥的设计与建造提供了可靠依据。     

A new approach to evaluate soil-geosynthetic interaction using a novel pullout test apparatus and transparent granular soil

Geosynthetic reinforced soil walls and slopes are now a mature technology in geotechnical engineering. Nevertheless, the mechanisms of soil-geosynthetic interaction are not fully understood for pullout of a geogrid material in the anchorage zone of a reinforced structure. It is also difficult to quantify the interactions between the geogrid and the soil. A new strategy to overcome these difficulties is to use a pullout box with a transparent glass bottom, a transparent soil, and non-contact measurement technology. This paper describes such a pullout box apparatus which is used in combination with a recently developed transparent granular soil. Embedded geogrid specimens are visible through the transparent bottom of the box and the surrounding soil. The displacements of the geogrid and seed (target) particles placed in the transparent soil are tracked using digital images captured by a row of synchronized cameras located below the apparatus. Digital processing is carried out using the Digital Image Correlation (DIC) technique to quantify the in-situ displacement of the geogrid specimen and surrounding soil. The displacements are used to compute continuous longitudinal strain profiles in the geogrid specimen over the duration of each pullout test and relative shear displacements between the geogrid and the soil. Also reported are lessons learned to improve the method of clamping geogrid specimens at the front of the pullout box which are also applicable to conventional pullout box equipment.     

虎跳峡金沙江大桥隧道锚现场模型试验研究

香丽高速虎跳峡金沙江大桥香格里拉岸采用隧道式锚碇,为了全面认识隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,本文依据相似原理开展了与隧道锚实际受力状态相适应的缩尺模型试验,研究了现场试验加载及测试方法,获得了各级加载荷载下的位移、应力和应变结果,试验成果表明:在9.5P荷载下,模型锚基本处于线弹性阶段,锚体和围岩变形均较小,锚体的变形以夹持围岩一起变形为主,而锚/岩接触面的错动变形很小。受夹持效应的影响,锚体后部1/3范围的围岩承受了约一半荷载,是受力的关键部位。综合承载力、变形和应力状态分析结果可知,该隧道锚稳定性较好。     

青藏高原东北部黄土区护坡灌木柠条锦鸡儿根系拉拔摩擦试验研究

 为研究灌木植物根系与土体间摩擦阻力的特性,对种植在西宁盆地及其周边黄土边坡试验区生长16个月的灌木植物柠条锦鸡儿的根系,分别在1.22,24.39,36.59,51.22 kN四个等级垂直压力下,以2.67 mm/min的速率对其施加水平拉力进行拉拔摩擦试验,试验结果表明,柠条锦鸡儿根–土之间的摩擦力随根系在土体中位移的增加而逐渐增大,根–土间摩擦力与位移关系曲线在试验开始阶段均呈线性关系,随后表现出显著的非线性关系;试验过程中,随着根系在土体中相对位移的增大,根–土之间的摩擦力增幅显著,且增大到一定程度时,趋于峰值并保持恒定,说明此时根–土之间的摩擦力发挥到最大且与拉拔力平衡;随着根系在土体中相对位移的逐渐增大,根–土之间的摩擦力趋于逐渐减小,当减小到某一程度时就不再减小,并保持稳定状态,进而处于新的平衡状态。试验结果还表明,根–土之间的摩擦力随垂直压力的增大而显著增加,并且这种增加呈线性关系。同时,随着土体含水量的增加,根–土间的摩擦力呈逐渐降低的趋势,且在试验研究范围内近似呈线性关系。上述研究对进一步探讨灌木植物根系对土体加筋与锚固作用机制,增强试验区边坡土体稳定性、防治坡面浅层地质灾害具有理论指导意义和实际应用价值。