端锚可回收锚杆锚固段力学特征研究

在对端锚可回收树脂锚杆和普通树脂金属锚杆结构分析的基础上,提出两种分析锚杆锚固段的力学模型;采用有限元数值分析软件对两种锚杆模型进行非线性分析,获得锚杆锚固段上剪应力和正应力的分布规律。然后,通过电测试验测量锚杆钻孔壁上的轴向应变,初步发现该应变的变化特性。最终揭示端锚可回收锚杆锚固段与围岩接触面上的应力分布规律:剪应力τ在钻孔底部附近取得最大值,自孔底向孔口方向递减;正应力σ也在孔底附近取得最大值,且表现为压应力,同样沿孔底至孔口方向递减。     

动荷载作用下锈蚀砂浆锚杆黏结性能研究

为探究动荷载作用下的锈蚀砂浆锚杆黏结性能,通过钢筋快速锈蚀的试验方法,对锈蚀砂浆锚杆开展室内动态拉拔试验,探究锈蚀作用、锈蚀位置及加载频率等参数对砂浆–锚杆界面黏结性能的影响,并利用ANSYS有限元软件进行建模验证。结果表明:锈蚀试件与无锈试件的应变变化趋势较为一致,加载端钢筋应变和黏结应力随着荷载等级的增大而增大,并沿锚固区域向自由端扩大;锈蚀位置对界面黏结性能影响较大,锚固段前部(加载端)的钢筋表面形态和界面黏结情况对整体的锚固质量最为关键;加载频率越大,钢筋应变及界面黏结应力沿锚固长度的传递距离也越短;无锈试件和均匀锈蚀试件的界面接触面压应力沿钢筋分布较为均匀,不同锈蚀位置试件的无锈部位的界面接触压应力较大,黏结应力模拟值在加载端略大于试验值,且数值模拟黏结应力的曲线分布更加平滑均匀,但整体分布趋势与试验结果基本吻合。     

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。     

土质边坡预应力锚固段应力分布及监测分析

文章基于某地铁车站基坑边坡的预应力锚索现场监测试验,研究了锚索张拉过程中的内锚头变位与内锚段载荷的非线性传递,及运行初期内锚段应力随时间变化规律。试验结果表明,拉力集中型锚索张拉阶段轴力分布呈现严重的应力集中和非线性特征,运行初期荷载从内锚段起始端向尾部发生了转移和调整,锚固段轴力整体上表现出反"S"形曲线。锚索在使用期间,初始阶段锚索锚固段轴力损伤较大,后期锚索锚固段轴力相对变化较小。     

新型抗浮复合锚杆承载性状试验研究

本文提出一种新型抗浮复合锚杆,用于解决工程抗浮问题。这种复合锚杆具有造价低、承载力高、施工速度快的优点。为了研究新型复合锚杆的承载性状,进行了现场试验。试验分成两组:其一为粘结锚固试验,研究复合锚杆构件内部荷载传递机理;其二为带有自由段的复合锚杆基本试验,用于分析复合锚杆内部受力机理。试验结果表明:钢绞线与注浆体的粘结力与钢绞线根数和锚固长度有关,钢管与混凝土的粘结力与钢管直径和锚固长度有关;有自由段的复合锚杆杆身混凝土在自由段受压,在锚固段部分受拉。相对于无自由段的普通锚杆,新型复合锚杆的极限拉应力明显变小。根据以上两组试验的相关结论,在保证复合锚杆粘结锚固可靠的前提下,可考虑减少锚固段长度,合理利用混凝土材料的受压特性,可以达到优化设计的目的。     

端部锚固锚杆预应力场分布特征的大型模型试验研究

 为了研究预应力端部锚固锚杆预应力场在围岩体中的分布特征,设计并制作大型锚杆支护应力场测试试验台。试验结果表明：(1) 单根锚杆的应力场在空间中的分布形态类似于“石榴”状,随着扩散半径的增大应力等值面的分布逐渐由密到疏,应力值逐渐由高到低,分布范围逐渐由小到大;(2) 在锚杆自由段两端和锚固段附近分别形成了2个压应力相对集中区和1个拉应力相对集中区,压应力主要分布在锚杆自由段附近围岩内,并向锚固段附近围岩扩散;(3) 应力沿着锚杆轴线方向的分布规律与测线和锚杆之间的距离有关,应力沿着水平方向的变化规律与测线和模型表面之间的距离有关;(4) 预紧力不同,应力场的宏观分布形态基本一致,但同一应力等值面的分布范围将发生显著改变。试验结果对更深入认识锚杆支护作用机制和工程中优化锚杆支护设计方案均有一定的指导意义。     

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。     

循环荷载作用下可回收锚杆抗拔机理研究

目前有关可回收锚杆在循环荷载作用下的锚固机理研究较少,本文通过6组可回收锚杆拉拔试验,探讨不同锚固端锚板直径对该类锚杆变形破坏特征的影响,揭示可回收锚杆在循环荷载与极限荷载下的拉拔性能、破坏特征以及水泥砂浆锚固体应力应变分布等规律。研究表明:该新型可回收锚杆常出现杆体连接破坏和水泥砂浆破坏两种破坏模式;水泥砂浆锚固体靠近拉拔端部分受压,靠近锚固端部分受拉;水泥砂浆锚固体的破裂面形态与监测元件获得的最大剪应力方向一致。同时,针对可回收锚杆杆体与锚板的连接破坏提出了可回收锚杆应注意加强螺纹处强度的建议。研究成果对可回收锚杆的工程应用及设计具有借鉴意义。     

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究——国内相关研究进展(续)

文[28]（2007）报道了全长黏结玻璃增强聚合物锚杆破坏机制拉拔破坏模型试验。研究指出,在砂浆体强度较高条件下,可能发生锚杆拉断破坏,也可能发生剪切破坏;在轴向拉应力先达到锚杆抗拉强度时则会在自由段发生拉断破坏;在最大剪应力先达到纤维丝的抗剪强度时则在锚固段内先发生剪切破坏。试验测得的锚剐段杆体表面剪应力典型分布曲线见图15：     

锚杆锚固体系中的固结波速研究

 采用理论分析、数值模拟和实验室测试对不同锚固质量锚杆中的应力波在锚固段的传播速度进行分析。模拟试验中采用不同龄期的混凝土模拟不同锚固强度,数值模拟中通过改变弹性模量和泊松比实现改变锚固强度。数值模拟和试验模拟结果定性吻合;都显示锚杆中锚固段的应力波波速(固结波速)和锚固介质的强度直接相关,固结波速和锚固介质强度之间成抛物线关系。起初固结波速随锚固介质强度的增加而减少,到达最底点后随着锚固介质强度的增加而增加。用数值模拟结果对产生这种现象的本质原因进行分析讨论。模拟显示固结波速随锚固介质强度的变化是由锚杆中的P波以及锚杆和锚固介质界面处产生的界面波此消彼长而引起的。     

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。     

张拉荷载下砂浆锚固岩石锚杆的力学分析

砂浆锚固岩石锚杆在张拉荷载下的轴向应力和剪应力分布非常复杂,为了研究这一问题已经进行了大量的试验,根据这些试验得到的应力分布曲线和相关结论,用比较简单的数学表达式对锚杆交界面上的复杂的剪应力分布情况进行理论描述。在交界面已经破坏的部分,剪应力近似为0,随着锚杆埋深的增加剪应力由0线性增加到其抗剪强度,然后再呈指数形式衰减到0。根据上述数学描述进行实例计算,计算得到的轴向应力和剪应力分布曲线与实测应力分布曲线基本吻合,表明用数学表达对锚杆交界面上的剪应力分布情况进行比较准确的描述是切实可行的。     

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.     

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.     

螺纹钢与圆钢锚杆工作机理对比试验研究

为深入研究以螺纹钢为杆体的全长粘结砂浆锚杆锚固机理，进行了螺纹钢锚杆与圆钢锚杆对比试验研究。试验结果表明拉拔条件下螺纹钢受力范围相对圆钢小且衰减快；螺纹钢周边浅部粘结物应力水平高于圆钢周边粘结物应力，且其变形破坏更显著：螺纹钢以屈服形式破坏而圆钢则整体拔出。通过试验分析了螺纹钢由于存在螺纹起伏使其与粘结物之间存在明显挤压、剪胀、剪断等作用从而较大地提高了锚固强度。     

SH波作用下山岭隧道洞口段结构动力响应研究

 基于弹性波动理论,将山岭隧道洞口段简化为单面边坡模型,考虑波在洞口边坡的反射效应,推导垂直入射SH波作用下隧道轴线上的位移场分布,并将隧道简化为三维薄壁壳结构,以得到在该位移场作用下隧道结构的动力响应。针对上述分析结果开展山岭隧道洞口段振动台模型试验,以验证理论模型的合理性,并综合分析得到如下结论：将隧道结构动力响应看作横截面与纵向响应的叠加,隧道结构横截面发生剪切变形,两侧拱肩与拱脚为抗震的薄弱环节,变形效应沿轴向缓慢增加,此响应为平行隧道结构横截面传播的SH波作用所致;隧道结构纵向发生水平剪切变形,变形效应沿隧道轴向逐渐减弱,洞口处产生较大刚性位移,在施工缝存在的情况下,隧道结构在洞口附近易沿施工缝产生错台现象,此响应为沿轴向传播的SH波所致。此规律表明,隧道结构的纵向抗震设计同样值得关注。     

动载作用下圆形巷道锚杆支护结构破坏机理研究

将冲击应力波进行合理简化,建立平面P波与圆形锚固巷道相互作用简化模型。结合算例,通过分析深部围岩径向应力、巷道表面切向应力、巷道表面径向位移以及深部围岩与巷道表面径向位移差等代表性指标,确定了重点支护位置,推导了重点支护位置的锚杆受力机制并提出了相应破坏类型及判据。结果表明:迎波侧与侧向位置是重点支护位置。迎波侧锚杆总应力是静载轴应力、锚杆振动的动应力和动载下围岩变形引起的附加应力的叠加,强冲击下迎波侧支护结构的破坏类型为单次瞬间摧垮破坏,围岩受压破裂,锚杆松动失去加固作用;循环弱冲击下的破坏类型为循环累积损伤破坏,受压围岩逐渐损伤致裂,锚杆反复受压、受拉直至松动,这进一步加剧围岩的损伤破裂,当承载拱强度降低到一定值后,一次小冲击就能诱发巷道冲击破坏。侧向位置锚杆总应力是静载轴应力、动载下围岩变形引起的附加应力的叠加,锚杆始终受拉,在强冲击下可能发生拉断破坏。通过相似模拟试验,较好地验证了理论分析结果,表明理论分析结果对工程实践具有一定的指导意义。     

锚固体系无损检测的研究(英文)

基于锚固体系中的声频应力波的动力学和衰减特征的室内和现场试验研究与分析 ,提出了快速无损检测锚固体系锚固状态的声频应力波法和无损测定拉拔力的新方法 ,建立了锚固质量检测的分级标准 ,并实际应用于潘一矿锚杆支护施工质量检测 ,结果表明此检测方法是可行的和有效的。