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。     

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。     

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.     

锚杆变形分析与临界锚固长度计算

首先引入桩土荷载传递规律的剪切位移模式,结合轴向Winkler地基模型,建立了锚杆荷栽传递基本方程,利用单元体平衡和锚杆、土体变形协调及边界条件,推导出锚杆抗拔荷栽与位移关系的解析解,从而导出锚杆临界锚固长度的计算公式;然后,对影响锚杆临界锚固长度的主要因素进行了分析,得出一些定性的结论;最后,以某高层建筑深基坑支护工程中的锚杆为计算实例进行了分析.结果表明:理论计算结果与实测锚杆荷载变形曲线的直线段吻合较好;临界锚固长度的计算是合理的,可为锚杆设计提供参考.     

关于“锚杆荷载传递机理分析的双曲函数模型”的讨论

张季如等同志的“锚杆荷载传递机理分析的双曲函数模型”(《岩土工程学报》2 0 0 2年第 2期 ,以下简称“原文”)一文[1 ] ,对锚杆荷载传递机理进行了分析 ,获得了锚杆摩阻力和剪切位移沿锚固长度的分布规律及其影响因素 ,得出一些有意义的结论。但笔者感到文章有些假设和公式推导存在一些问题值得与作者商榷。yh(1)　关于锚杆位移问题锚杆由自由段和锚固段组成 ,在荷载作用下 ,锚杆的总位移S由自由段的伸长量Sfe 和锚固体的伸长量Sa 组成 (不考虑钢筋的调直及锚具和垫板的接触间隙等 ) ,即S =Sfe +Sa。　　当锚杆所受到的荷载较小时 ,锚固体及其周围土体均处于弹性状态 ,此时 ,锚固     

地下洞室全长黏结式锚杆动力有限元模拟EI北大核心CSCD

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。     

大直径锚盘变形的荷载传递分析法

根据锚锭板、钢绞线与水泥土的相互作用机理,以弹性力学为基础,建立了拉拔荷载下三者的受力平衡方程。锚锭板受力采用弹性半空间的Boussinesq解,钢绞线握裹力采用忽略水泥土体的无旋应变下的变形协调平衡方程,并以三者的协调变形为前提,利用传递矩阵方法,计算了土层中大直径锚杆内各锚锭板所受荷载和位移的关系。通过理论计算可知,靠近张拉荷载的锚锭板最先达到塑性,而后是距离较远的发挥其承载力,如果进一步考虑钢绞线握裹力的影响,当近张拉端锚锭板达到塑性时,较远处锚锭板构件承载力的发挥程度将进一步减小。     

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。     

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。     

对“锚杆荷载传递机理分析的双曲函数模型”讨论的答复

感谢张尚根先生对“锚杆荷载传递机理分析的双曲函数模型”(以下简称“原文”)一文的关注。现就讨论稿中涉及的几个问题答复如下。(1)关于锚杆位移问题如原文所述 ,若忽略锚杆自由段和锚固体的塑性变形 ,并通过预张拉调直钢筋和消除锚具与垫板间的接触间隙影响 ,则锚杆总位移S由自由段钢筋 (或钢束 )的弹性变形Sfe 、锚固体的弹性变形Sae 、锚固体与锚固土层界面的剪切位移Sas 等组成 ,由原文式 (1)表示。针对讨论稿提出的问题 ,首先有必要弄清Sas 的物理意义。笔者赞同张尚根先生的观点 ,即将桩基分析方法应用到锚杆荷载传递机理分析的研究是可行的。代表性的桩身荷载传递函数有佐藤悟的线弹性全塑性关     

砂土中锚板荷载-位移特性研究及上拔位移计算

根据砂土中水平锚板的抗拔荷载 位移 (Q S)曲线特征 ,假定锚板的无量纲化荷载 位移 (Q Qu—S D)曲线为双曲线方程 ,对本次砂土中模型锚板的抗拔试验数据和相关的现场和模型试验结果 ,进行了统计学分析 ,阐明了模型试验锚板和现场试验锚板抗拔性能的差异 ,考虑到实际工程的不确定性 ,按 95 %的置信上限确定双曲线方程的系数 ,得出水平锚板的无量纲化双曲线方程 ,据此可以求解锚板在工作荷载下的位移。最后对方程的应用作了说明。     

充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。     

抗浮锚杆干取土成孔施工技术的应用

由于建筑物自重及其他外部因素产生了综合荷载不足,为了平衡地下水所产生的浮力,须在基础底板施加竖向外力以平衡浮力,抗浮锚杆就是利用了锚杆自身的抗拉强度所产成的抗拉力。锚杆与土层之间的摩擦力所产生的抗拔力,对基础上浮的趋势进行约束,起到抵抗基础上浮的作用。通过对抗浮锚杆施工的几种工艺比较,发现干取土施工对增加抗浮锚杆粘结力和挤密效果、节约成本有着独到的优越性。     

单锚及群锚失效对边坡稳定性影响的模型试验研究

针对典型岩土体边坡,通过室内模拟试验,研究锚力变化或锚失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程、失稳形态以及坡面设置格子梁对锚索张力及边坡稳定性的影响等问题。群锚抑制坡体的变形效应,可使岩体均匀性、整体性加强,增加韧性和承受大变形而不破坏的能力。群锚中某一锚索锚力变化会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象,结构面压缩带同时被削弱,结构面的整体安全度降低;某一锚索的失效也会引起相邻锚索接连失效的多米洛效应,导致边坡稳定性急剧降低。坡面施加格子梁结构可调动坡面更大范围岩土体发挥自承能力,分担锚索承担的部分荷载,改善边坡的稳定性。岩坡加固设计中应注意格子梁结构强度与锚索锚固力相匹配。     

Measured and Predicted Loads in Multi-Anchor Reinforced Soil Walls in Japan

More than 3000 multi-anchor walls have been built in Japan over the last decade. The paper briefly reviews a total of eight instrumented wall sections that can be used to estimate anchor loads at the end of construction. Measured loads are compared to predicted values using equations found in current design guidelines. The comparison shows that the current Japanese and UK design methods to compute anchor loads are reasonably accurate for walls with frictional backfills provided K_a is calculated using the Rankine equation. For walls with cohesive-frictional backfills, current design methods over-predict anchor loads by as much as a factor of two. The eccentricity term in current UK and Hong Kong design methods is shown to not improve the accuracy of load predictions and it is recommended that this additional complexity be removed from these equations. A new load equation is proposed and constant coefficients are back-fitted to measured anchor load data. The new method is demonstrated to give quantitatively better predictions of anchor loads based on the statistics for load bias values computed as the ratio of measured to predicted anchor loads at the end of construction.     

锚拉桩三维土拱效应数值分析与试验研究

针对锚拉桩设计中土压力计算模式存在的问题,提出了三维土拱效应模型这种新的计算方法,通过有限元方法,对该模型的正确性进行了验证。在此基础上,讨论了锚头间距、土体粘聚力、内摩擦角及弹性模量对三维土拱效应的影响。结果表明:随着锚头间距增大,土拱效应减小;土体粘聚力和内摩擦角增大,土拱效应增强,但增大到一定值后,荷载分担比例变化较小,且粘聚力值变化对土拱效应的影响比内摩擦角更显著;土体弹性模量增大,荷载分担比例也增大,最大可达到100%,此时结构体系可采用点锚,三维土拱效应存在于整个锚索自由段。为进一步验证模型的正确性,进行了室内模拟试验,试验结果表明,挡板后水平及竖向均存在土拱效应。     

被动状态下地埋管线的地基模量

 地下工程基坑、隧道开挖产生的自由土体位移场会引起周边地埋管线(如市政给排水管线、煤气管道等)产生附加变形并受力。基于Winkler地基模型的位移控制分析方法,将自由土体位移作为外部荷载即被动位移施加于管线上,管线与土体的相互作用采用Winkler地基弹簧模拟,弹簧常数一般根据Vesic公式得到。在基于弹性理论的推导中,Vesic公式的前提条件是弹性地基梁置于弹性半空间地表,竖向集中力或弯矩(主动荷载)置于梁的中心位置,这与地埋管线的一定埋深以及位移的施加情况是不一样的。为考虑上述2种因素对Winkler地基模量的影响,进行相应的理论探讨,提出考虑埋深影响的位移作用下地基模量的理论公式,并基于该地基模量进行隧道开挖对邻近地埋管线影响的位移控制理论分析。通过与弹性理论法、离心机试验以及实际工程观测结果的对比,验证该方法的合理性和正确性。     

考虑自重应力和Hansbo渗流的饱和黏土一维弹黏塑性固结分析

考虑地基土沿深度方向变化的自重应力,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土固结过程中的弹黏塑性变形,同时采用Hansbo渗流方程描述固结过程中的非Darcy渗流,对太沙基饱和黏土一维固结方程进行修正,并给出有限体积法数值求解格式。通过与固结试验结果对比,验证了UH模型的适用性。然后探讨了土体自重应力、黏滞性、Hansbo渗流参数、土层厚度及外荷载大小等因素对弹黏塑性固结过程的影响。结果表明:在加载初期,土体的黏滞效应在地基不排水面附近引起了超静孔压升高的现象,且土体自重应力和Hansbo渗流对此均有增强作用,但是随外荷载的增大,这一现象有所减弱;同时,考虑土体自重应力将延缓加载初期饱和黏土地基中超静孔压的整体消散速率,但加快加载中后期饱和黏土地基的固结速率;并且,随着次固结指数、土层厚度及Hansbo渗流参数的增大,饱和黏土地基中超静孔压整体消散滞后,但增大外荷载却加快了饱和黏土地基的固结速率。     

锚杆(索)拉拔试验分析系统的开发与应用

锚杆(索)基本试验和验收试验在锚杆(索)工程中具有重要地位,传统人工手算试验荷载和分析试验数据费时费力,本文针对锚杆和锚索试验荷载计算和试验数据分析进行了锚杆(索)拉拔试验分析系统的开发.分析系统可计算相关试验各级荷载值、锚索拉拔补偿荷载、锚杆和锚索理论弹性变形、分析试验数据、作出试验Q-s曲线图.系统界面友好,分析结...