抗拔荷载作用下锚固体与岩土体界面剪切作用

为了加深对锚固机理的研究,通过建立锚杆在受到拉拔荷载作用下锚固体界面侧阻力产生软化的数学模型,分析了锚固体与周围土体界面分别处于弹性状态、塑性状态、部分进入滑移状态、全部进入滑移状态4个阶段锚杆的轴力、位移和锚固界面剪应力,推导了锚杆产生松动的临界荷载、拉拔荷载与松动长度的关系及锚杆极限抗拔荷载的理论公式。结果表明,当锚杆在受到拉拔作用后滑移破坏首先在端部产生,然后荷载向锚杆里端传递,致使锚固体进一步破坏;根据拉拔荷载与锚杆松动长度之间的关系,当锚固体界面的侧阻力大于临界滑移的侧阻力时,在拉拔荷载作用下锚杆表现为渐进性破坏,当锚固体界面的侧阻力小于临界滑移的侧阻力时,则为突发性破坏。     

筋土界面作用特性的试验研究

筋-土界面的作用特性直接决定加筋土工程的稳定性,所以筋材与填料的界面技术指标是土工加筋关键的设计指标.该文利用TZY-1型土工合成材料综合测定仪,以塑料土工格栅为加筋材料,以红粘土为填料进行直剪摩擦和拉拔摩擦试验,对不同压实度、不同加筋材料、不同速率下加筋土的摩擦特性、抗拔位移的变化规律进行了研究,为今后的加筋土工程应用提供参考,为相关工程的稳定性和变形分析提供依据.     

挡块式土工格栅受拉性能有限元分析

对新型土工格栅与挡块式土工格栅的作用机理进行了分析,推导出了摩阻力的计算公式,在现场试验提供的数据参数的基础之上利用ABAQUS有限元软件建立了计算模型。通过模型的计算结果,对土工格栅不同位移下的拉力与位移关系、挡块拉拔阻力效果以及筋土界面摩阻力分布进行了分析,研究得出挡块式土工格栅在处理新旧路基时优势明显,在普通土工格栅与挡块式土工格栅受拉位移小于2 mm且同等路堤高度时,拉力基本相同,随着拉拔位移不断增加,挡块的作用逐渐显现,拉力随着路堤高度H的增大而增大,且拉力随着位移的增大而逐渐增大。     

加筋土筋材拉拔试验研究

对影响筋－土摩擦特性参数测试的几个主要试验条件进行了分析研究,提出了测试的合理取值与改进方法。进行了５种筋材的拉拔试验,得出了加筋土筋材在砂土中的摩擦特性规律和临界摩阻强度,对今后的筋材拉拔试验及工程应用具有参考价值。     

基于弹塑性理论的节理处锚杆剪切变形机理分析

为了研究节理面处锚杆的剪切变形机制,建立了节理岩体中锚杆的受力模型,对锚杆在节理面处的剪切变形进行了理论分析,利用单位载荷法推导了节理面处锚杆竖向位移与载荷、节理宽度、材料性质间的关系.理论分析表明,节理岩体中锚杆的剪切变形过程为:小挠度变形阶段、弹塑性剪切变形阶段、塑性铰阶段;剪切变形至塑性铰阶段时,节理面处杆体将出现两个塑性铰;节理面处锚杆具有一段结构对称、载荷反对称部分;节理宽度对节理处杆体的弹性区、弹塑性区的分界面位置存在线性影响.     

考虑软化和扩容的圆形巷道围岩Z-P准则弹塑性解

巷道围岩受应力作用表现出的软化、扩容行为对巷道的变形和破环有重大影响。为了研究软化、扩容特性对巷道围岩稳定性的影响,根据岩体的软化特性,建立理想的弹性软化模型,将围岩分为弹性区、塑性软化区和破裂区;基于Zienkiewicz-Pande准则和非关联流动法则,考虑围岩的软化、扩容特性,推导出含中间主应力的圆形巷道弹塑性解析解;将Z-P准则与M-C、D-P等准则进行比较,分析了软化模量、扩容等因素对巷道围岩的影响。结果表明:Z-P准则可良好地适用于发生软化、扩容的巷道;中间主应力系数为0.4时,围岩塑性区范围最小,围岩位移最小,塑性区内应力最大;软化模量越大,围岩破裂区半径越大;剪胀角越大,塑性区位移越大,破裂区半径越大;支护阻力越大,巷道塑性区范围越小,且提高支护阻力能有效控制巷道围岩的变形。     

煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析

为得到不同锚固长度煤岩锚固系统失效模式与力学性能,结合煤巷树脂黏结锚杆锚固特点,在配比出中等硬度煤岩体相似材料基础上,按照工程现场操作流程制作不同锚固长度、树脂黏结中硬煤岩锚固体,开展了室内拉拔试验。研究结果表明:锚杆载荷-位移曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、脱黏延伸阶段和完全脱黏阶段。拉拔荷载作用下,中硬煤岩锚固体失效模式主要为煤岩体与锚固剂界面间的滑移脱黏失效。随着锚固长度增加,锚杆最大抗拔力不断增加,塑性变形阶段锚杆最大抗拔力是弹性极限抗拔力的1.21~1.34倍;弹性变形阶段,锚杆轴力自锚固起始端迅速下降直至锚固尾端很小。通过张拉试验测得锚固剂与煤岩体界面剪切刚度大致为259.8~272.5 MPa/m,抗剪强度大致为1.22~1.57 MPa,为锚固系统失效模式判识和支护设计提供指导。     

卸压钻孔应力场分区及长度优化设计

利用极坐标和直角坐标系建立卸压钻孔力学模型,分析了巷道侧向支承压力与卸压钻孔周围煤体应力之间的联系,得到巷帮煤体的卸载应力及卸压系数;根据卸压前后巷帮煤体的应力状态,将卸压钻孔应力场划分为4个应力区,分别为塑—塑性区、弹—塑性区、塑—弹性区和弹—弹性区,卸压作用主要在塑—弹性区和弹—弹性区;结合卸压前巷帮煤体的应力场分区,分析了卸压钻孔的最优长度,指出钻孔长度应根据卸压前巷道侧向支承压力分布进行设计;施工卸压钻孔后,卸载应力呈中间高两边低的规律,而在未施工钻孔的区域,煤体应力保持不变。采用数值模拟的方法,对比研究了薛湖煤矿不同长度钻孔的卸压效果,得到最优钻孔长度为20 m左右。     

不同锚固长度下锚杆拉拔特性研究

针对软弱围岩、树脂锚固、矿用锚杆支护体系,采用多功能锚杆拉拔测试系统,研究揭示了不同锚固长度下煤矿锚杆拉拔力学特性。结果表明:锚杆拉拔荷载-端头位移发展过程分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏失效阶段;随着锚固长度增加,锚固失效方式由锚固界面滑移脱黏失效转化为锚杆破断失效,且锚固长度越大,锚杆抗拔力越大,但存在临界锚固长度;锚杆轴向应力则经历了急增阶段、稳定阶段、回升阶段和溢出阶段;锚杆轴向应力沿杆体长度方向呈负指数分布,且由锚固近端向锚固远端逐渐减小,应当提高杆体局部强度与其应力数值的匹配性,以避免局部锚固失效而造成整根锚杆失效。     

沙漠场地桩侧摩阻力的分布规律的研究

利用直接剪切试验仪研究了且北－１井区不同含水状态下的不同密度实度砂样与不同粗糙度的混凝土表面之间的摩阻特性，初步得到了界面上的极限摩阻力，随作用于界面上的正应力的变化规律；提出了均质砂土场地中桩侧摩阻力的计算公式。     

土工格栅与土界面的拉拔试验分析

通过经编土工格栅、单向土工格栅与粗砂、圆砾、残积土在不同法向压力下的拉拔试验,研究土工格栅与土界面特性。结果表明,单向格栅界面的拉拔系数和摩擦系数均小于经编土工格栅界面,界面摩擦系数随着土体颗粒粒径的增大而增大。同时结合有限元分析的方法,将数值结果与试验结果进行比较,进一步研究了法向压力、加筋长度、土体模量、格栅轴向刚度、界面折减因子等参数对界面特性的影响。最后研究了不同拉力作用下的界面剪应力和轴力分布规律。     

胶基电敏复合材料传感技术实测加筋土墙的变形

针对目前土工合成材料变形测试中存在的问题,研发了胶基电敏复合材料传感技术。通过在橡胶绝缘基体中充填导电填料获得具有导电、力敏、柔韧、高弹等特性的复合材料,基于此种复合材料制作了具有测试低模量、柔性基材及大变形等特点的土工筋带变形测试传感器。利用该传感技术对某露天矿选煤厂槽仓基坑工程中的加筋土挡墙进行了现场实测。结果表明,筋带拉力与埋深成正比关系;单条筋带中,受力最大点位于沿筋带长度1/2~2/3处,筋带受力处于安全状态。新型传感技术为加筋材料变形测试提供了新的方法与手段。     

基于上海软土特性的压桩试验非线性分析模拟

假定桩周围的土体为半空间无限体;在桩、土之间有一层无限薄的接触面,可传递桩、土之间的剪力,认为接触面的剪力和剪切位移之间的关系是非线性的;此外,还考虑了桩底土反力的非线性,认为桩底反力与位移之间的关系亦为非线性.如此,根据土体-接触面-桩体系中节点力的平衡条件,建立了求解方程.最后又进行了两个压桩曲线的对比,证明了此方法用于计算单桩沉降的可行性.     

土工合成材料层间摩擦试验研究

随着我国矿产资源的开发,尾矿的粒度越来越细,尾矿库的库容和尾矿坝的高度在不断的增加,尾矿库的安全与稳定日益成为广受关注的方向。近些年来,一些学者将土工织物、土工格栅等土工合成材料运用到尾矿库筑坝工程中以提高尾矿坝的稳定性,具有重大的意义。根据不同的应用形式,形成尾砂－土工合成材料、土工合成材料－土工合成材料的接触面。作者开展尾砂与土工织物、土工织物之间、土工织物与土工格栅之间界面摩擦特性直剪试验。试验结果表明土工织物与尾矿砂界面直剪剪切曲线为理想弹塑型。土工织物与尾矿砂界面强度指标粘聚力为38.3kpa,摩擦角为30.4°。土工织物之间的直剪剪切曲线为应变软化型。土工织物之间界面峰值强度指标粘聚力为0kpa,摩擦角为18.7°。土工织物与土工格栅直剪实验曲线在5mm剪切位移之前剪应力增长较快,此后剪应力上升平缓,三条应力应变曲线都在剪切位移达到35mm时产生突降。剪切位移35mm时,土工织物与土工格栅界面强度指标粘聚力为79.6kpa,摩擦角为21.6°。试验结果可以为类似坝体的稳定计算提供依据。     

循环加载岩石界面滑移位移演化特征试验研究

在岩土工程实践中,岩石界面摩擦滑移会引起工程失稳问题,严重威胁着人们的生命财产安全;岩石界面的滑移问题往往处于一种往复加载状态,目前大多数学者对于岩石界面滑移问题的研究往往是在单一的加载状态下进行的,而对于往复加载状态研究较少;为了研究循环加卸载作用下界面滑移位移场演化特征,设计并开展了花岗岩试件恒定围压下的双剪模型试验研究。利用CCD相机采集界面滑移过程中的散斑图像,并利用白光数值散斑相关方法对该组花岗岩试件在实验过程中的位移场、摩擦滑移位移在循环加卸载情况下的演化特征进行研究分析。试验结果表明:①在循环加卸载作用下,随着循环次数的增加,位移场会发生明显的摩擦滑移,且当循环到一定次数,试件会发生整体黏滑现象;②随着循环次数的增加,位移场随着循环加卸载发生明显的时空演化特征,空间上存在明显的剪切位移增大和减小区域,同时随着循环次数的增加位移存在明显的累积,表现为位移演化的分区性及剪切位移场累积效应。时间上存在剪切位移演化相对于剪切应力的滞后性;③相同剪应力水平下,随着循环次数的增加,垂直位移整体趋势有所降低,界面咬合程度增加,水平滑动位移有所增加,界面分区滑动机制改变,加载端和自由端存在明显的黏滑现象;④在试件发生整体黏滑前后,剪切位移随着循环次数的增加发生不同的变化;黏滑前,随着循环次数的增加,剪切位移缓慢增大,黏滑后,随着循环次数的增加剪切位移明显增大;即黏滑前后,界面滑移速率由小变大。     

不排水加筋软土地基极限承载力有限元分析

加筋垫层的作用机理与承载性能的研究远远落后于工程实践,采用弹塑性有限元分析方法,分析了条形基础下软土地基在不排水条件下土工织物加筋垫层对地基承载力的影响。结果表明,对于土工织物存在一个最佳层数、最佳间距和最佳长度使得地基极限承载力最大。     

土-结构接触面剪切试验与应力-位移模型

为研究土-结构接触面的力学特性,进行了4个不同含水率的土-结构接触面改进直剪试验,并结合数学特征对接触面的应力-位移模型进行研究。试验结果表明：① 土-岩石接触面、土体内部的抗剪强度均随含水率的增大而减小,而土-砖接触面的抗剪强度随含水率增大基本上先增大后减小;② 土-岩石接触面的抗剪强度总小于土体内部抗剪强度;③ 土-砖接触面的抗剪强度与土体内部抗剪强度的大小关系随含水率增大而变化。提出了一个新的接触面应力-位移复合指数模型,新模型对硬化型和软化型曲线都适用,克服了传统模型的缺陷。对比分析表明,新模型拟合结果与实测数据吻合良好。     

加筋粗粒土强度变形特性试验研究

采用大型三轴仪与大型直剪仪, 对粗粒土、加筋土强度变形特性进行了实验研究。直剪试验结果表明: 不同竖向荷载下粗粒土和加筋粗粒土剪切的剪应力-剪切位移关系类似, 应力应变曲线均出现应变软化现象, 但软化特性变化不大; 加筋土法向位移-剪切位移变化曲线表现为法向应力越低, 剪胀现象越明显; 粗粒土加筋后的内聚力增加, 但是内摩擦角却降低。三轴试验结果表明, 不同围压条件下粗粒土和加筋土主应力差与轴向应变关系曲线表现为应变硬化型, 围压越大, 主应力差与轴向应变关系曲线越陡, 应变硬化特性越明显, 最大主应力差越大; 围压越低, 剪胀作用越明显, 越容易由剪缩发展到剪胀, 反之围压越高, 则剪缩作用越明显; 当轴向应变较小时, 加筋效果不明显, 随着轴向应变的逐渐增大, 加筋效果逐渐发挥。加筋土的内聚力明显大于粗粒土, 而内摩擦角基本上相等; 利用三轴试验结果对邓肯-张模型的适用性进行了分析研究, 表明邓肯-张模型能合理地确定粗粒土与加筋土的强度以及切线弹性模量, 但难以描述和确定粗粒土的变形特性和切线泊松比, 且不能反映粗粒土的剪胀性。