地下洞室全长黏结式锚杆动力有限元模拟

基于锚固体基本受力方程,推导了锚杆与围岩荷载传递控制方程,并采用有限差分格式将其转化为线性方程组,结合围岩自由变形位移,考虑锚固体界面的损伤进行修正,通过迭代求解获得锚固体位移,进而得到锚固体正应力和界面剪应力沿杆长分布规律,形成了一种考虑地震作用下锚固体界面剪切损伤的锚杆动力算法。首先通过静力算例计算,验证了该算法的合理性;然后应用于工程实例的动力计算,结果表明,该算法能较好地模拟锚杆支护效果,锚固体受力符合中性点理论,地震过程中锚杆正应力随时间呈不断增加的趋势,锚头附近部位的界面剪应力较大,地震作用下最易损伤破坏。     

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。     

全长注浆岩石锚杆双曲线模型的建立及锚固效应的参数分析

根据局部变形理论,通过将岩体对锚固体界面的剪切作用简化为一系列独立作用的切向弹簧,通过锚固体的受力平衡,建立注浆岩石锚杆界面剪应力和轴向载荷的计算方程,并在此基础上对影响锚杆锚固效果的参数进行分析。通过建立的剪应力和轴向载荷的计算公式,得到全长注浆岩石锚杆的界面剪应力和轴向载荷的分布函数,即双曲线分布函数,在对影响其锚固效果参数分析的基础上,得出影响全长注浆锚杆锚固效果的参数有锚固体（锚杆）的直径、弹性模量以及注浆体和围岩体的综合参数,为正确理解注浆岩石锚杆的锚固机制提供一定的依据。     

拉力型锚杆锚固段传力机理的全过程分析方法

现行规范和技术标准有关锚杆设计均假定剪应力均匀分布,这种设计方法并不符合锚杆受力的实际情况,通过对锚杆抗拔模型试验数据分析,绘制了锚杆在试验荷载作用下沿锚杆全长分布的剪应力-位移曲线.其次通过对锚杆抗拔模型试验结果的拟合分析,提出了锚杆锚固段剪应力与位移之间关系的弹塑性本构模型,结合锚杆受力的基本方程,得出了分析圆柱形锚固段和底端有锚定板的锚固段从弹性工作阶段到锚杆与岩土体界面滑移的全过程的分析方法,并在此基础上编制程序,对两种锚固段的岩石锚杆在任意荷载作用下的受力特征做了对比分析.同时文章还提出了决定锚杆承载力的特征作用段的概念.     

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。     

风化岩地基GFRP抗浮锚杆力学与变形特性现场试验

利用光纤光栅传感技术,对10根GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验,研究了风化岩地基中GFRP抗浮锚杆的承载性能与变形特性。试验结果表明:发生滑移破坏的锚杆杆体、锚固体荷载-位移差曲线高于同型号发生断裂破坏的锚杆;锚固长度接近临界锚固长度的试验锚杆荷载-位移差曲线上升较平稳;增加杆体直径有助于提高锚杆承载能力、限制杆体位移并且降低杆体、锚固体的位移差。此外,杆体横截面轴应力沿锚固深度呈"反S型"分布,由孔口沿锚固深度方向递减;锚杆轴向界面剪应力沿锚固深度呈先增大后减小的趋势,且剪应力在锚固体内按斜向上方向由第一界面传递至第二界面。最后,利用剪应力分布简化模型求得杆体、锚固体位移差与发生滑移破坏的锚杆试验结果较为一致,可为GFRP锚杆的推广应用提供理论基础。     

基于能量原理的压力型锚杆数值模拟计算

根据能量原理,推导了压力型锚杆的轴力与位移计算式。其中锚固体与周围土层的黏结力计算采用弹塑性剪切位移模型,并考虑因位移过大而发生土层卸荷的情况。提出了最小势能原理在压力型锚杆问题中的应用方法,并给出了能量方程的程序求解流程。最后通过算例分析了压力型锚杆在各级荷载下的轴力、位移以及剪应力分布情况,进一步讨论了压力型锚杆的荷载–位移曲线,计算了压力型锚杆极限锚固长度。得出的结论：①压力型锚杆在大部分荷载下都处于弹性工作阶段,一旦进入塑性状态,就表明即将达到承载力极限;②考虑土层卸荷情况的锚固体能量传递理论可以解释压力型锚杆极限锚固长度的存在。     

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。     

地震载荷作用下地下厂房围岩稳定性分析

探讨了非连续变形分析方法(DDA)动力学算法中阻尼条件施加方法,并针对具体实际问题采用速度阈值控制的复合阻尼方法提高了计算效率。以某水电工程地下主厂房为例,采用改进后非连续变形分析方法对汶川地震载荷作用下节理围岩和洞室开挖过程中锚杆的锚固作用及对边墙稳定性的影响进行研究,重点对比分析了地震载荷下洞室围岩在有无锚固条件对于拱顶、边墙和节理位移变形位移的影响。研究表明,锚杆的锚固作用对地震载荷和高应力条件下地下厂房开挖过程中洞室围岩的变形和稳定性起着关键性的作用。     

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....     

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。     

地震作用下框架预应力锚杆边坡锚固结构的动力计算方法

目前对该结构的动力特性和工作机制的研究还不完善,为了能够准确、合理地对该新型边坡锚固结构地震作用进行分析与设计,深入开展其动力特性及抗震设计理论研究是非常必要的。在预应力锚杆锚固作用下,框架受力满足弹性地基梁工作原理,因此,采用Winkler弹性地基梁理论,建立地震作用下框架预应力锚杆边坡锚固结构的动力计算模型。考虑梁和挡土板的影响,推导出外框架–预应力锚杆–坡后土体三者协同工作的水平地震动力运动方程,获得解析解。最后,结合工程实例,采用本计算方法进行地震动力响应分析,并与数值模拟、振动台试验进行对比验证,结果吻合较好,表明提出的方法是有效、可靠的。通过对支护和未支护边坡分析发现该结构能够明显控制地震响应,抗震性能表现良好。提出的计算模型为框架预应力锚杆边坡锚固结构的地震动力分析与设计奠定理论基础。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明:冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

弹塑性围岩砂浆锚杆支护问题的估算法

本文从现场量测资料出发,拟定锚杆应变深度曲线的数学模型,据此求解锚杆的应力与位移。将锚杆对围岩的反力简化为轴对称径向体积力,根据莫尔-库仑屈服条件求解锚固区径向应力。将锚固区视为承载结构,按照传统支护的围岩变形公式确定锚杆支护的围岩变形。以轴对称解为基础,考虑围岩的周向非均匀变形,从锚杆与其轴线处围岩的应力应变关系入手,建立锚杆与围岩的变形协调条件,提出了求解砂浆锚杆支护问题的基本方程。     

基于改进差分进化算法的三维边坡锚固位置优化

基于改进的差分进化算法,在三维锚固力计算基础上考虑锚固力的三维空间分布状态,对三维边坡锚固位置进行合理优化,从而有效节约锚杆数量。利用集中力作用下的半无限弹性空间内一点应力解答,将锚固力等效叠加到边坡滑面正应力和剪应力上,由此推导了关于锚固位置坐标的锚固力函数,并以此作为锚固位置优化的目标函数。对于标准差分进化算法(DE)的改进,将自适应差分进化算法与一般约束乘子算法(PHR)结合,使算法能够解决锚固边坡约束优化问题。算例和工程实例表明,在边坡加固安全系数相同且单根锚杆受力保持不变的情况下,通过本文方法优化锚固位置能节约20%～25%的锚固点数量,该方法可为工程应用提供参考。     

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。     

梯度依赖的非局部摩擦模型及其在锚杆受力分析中的应用

基于梯度理论,建立了梯度依赖的非局部摩擦模型,并应用其对锚杆受拉时锚固段的剪应力进行理论分析。根据Mindlin问题的位移解,导出锚杆锚固段的剪应力,得到在非局部摩擦模型下的锚杆锚固段的剪应力解,并对梯度依赖的非局部摩擦模型和局部摩擦模型(库仑模型)下的剪应力结果进行比较,进一步对影响剪应力非局部效应的相关因素进行分析。计算结果表明,考虑非局部摩擦效应时,沿锚固体的剪应力峰值比不考虑的要小。     

基于锚固剂环裂纹扩展的全长锚固脱黏失效机制研究

为了探究全长锚固系统的脱黏失效机制，达到构建高质量锚固体的目的，建立锚杆–锚固剂界面力学模型，分析锚杆拉拔滑动导致锚固剂环裂纹扩展的3个阶段以及锚杆–锚固剂、锚固剂–围岩界面环向围压随锚杆滑动的变化，推导最大轴向力与剪应力的位置，揭示锚杆–锚固剂界面的脱黏失效机制，提出锚杆–锚固剂界面、锚固剂–围岩界面脱黏失效的判据，并通过工程实例及实验进行验证。研究结果表明：在围岩发生变形时锚杆–锚固剂界面脱黏失效按照黏结、机械互锁和摩擦顺序依次失效。围岩围压直接影响锚固剂环径向裂纹完全开裂的外周诱导围压，锚固剂的抗拉强度决定了锚固脱黏发生的界面。当围岩抗拉强度大于锚固剂环抗拉强度时，锚杆–锚固剂环界面脱黏，锚固剂环在锚杆轴向最大拉力处萌生裂纹，向两侧脱黏；当围岩抗拉强度小于锚固剂环抗拉强度时，锚固剂环–围岩界面脱黏或围岩脱出，锚固剂环与围岩界面脱黏从锚杆加载端开始并向锚杆尾部转移。抗拔锚固力发挥作用的方式与锚固剂环完整形态有关，即完整时的黏结作用和机械互锁作用，裂纹萌生后的部分黏结和机械互锁作用，完全破碎后的摩擦作用。全长锚固锚杆–锚固剂界面脱黏失效随中性点转移呈循环扩散式脱黏。     

岩体离层作用下锚杆受力特性全历程分析

 针对岩体离层作用下锚杆受力特性全历程分析问题,基于锚固界面的双指数曲线模型,采用荷载传递方法,建立离层作用下锚杆受力特性的非线性解答,分析离层发展全历程过程中锚杆轴力和界面剪应力分布,以及岩体离层–锚杆轴力曲线的特性,并采用模型试验数据进行对比验证。结果表明：锚杆轴向应变的计算值与实测结果基本一致。离层发展过程中,锚杆轴力呈现先增大后减小的特性,且在离层发展后期具有明显的非线性特征。离层产生的锚杆轴力和界面剪应力均呈现明显的不均匀分布和非线性特征,且二者均随着离层的发展向两端传递。离层位置对锚杆的受力特性有很大影响：离层位于锚杆中心时,其两侧的锚杆轴力与界面剪应力均成对称分布,且随着离层发展的演变规律相同;离层偏离锚杆中心时,两侧锚杆轴力与界面剪应力分布则明显不同,界面剪应力在离层位置处存在着跳跃点,且锚固长度较小一侧的锚固界面先产生塑性变形直至整体滑移破坏,决定了锚杆所能承受的离层和抗拔荷载大小。研究结果为岩体离层作用下锚杆的受力分析提供了理论参考。     

宜兴抽水蓄能电站地下厂房锚杆承载力现场试验研究与计算方法

简要介绍了一次大型洞室锚杆支护设计现场拉拔试验的研究成果，内容包括所采用的拉拔试验方法和主要试验结果。给出了锚杆体轴应变测试方法及其测试结果、岩体层面夹角对锚杆受力状态的影响、岩体表面及杆端位移特征、锚杆注浆体与孔壁之间的粘结力等试验结果，并根据试验结果提出了锚杆承载力峰值剪应力计算方法。与传统方法相比，所提出的方法建立在现场试验测试结果基础上，计算中考虑了锚杆体上剪应力不均匀分布的特点，锚杆长度按张拉段与锚固段之和计算，锚杆承载能力按杆体上的峰值剪应力计算，计算结果可较好地反映锚杆的实际受力状态。