树脂锚杆波动机理与锚固承载力无损检测初探

煤巷锚杆支护技术在我国煤矿巷道支护中应用越来越广泛,但是目前对树脂锚杆极限锚固承载力的无损检测仍没有找到一种非常准确、有效地方法,因此进行锚杆极限锚固承载力的无损动力检测研究具有非常重要的现实意义。首先根据树脂锚杆的结构特点建立了锚杆的纵向振动力学模型,解析分析了锚杆非锚固端、锚固端的波动特征,得到锚固段锚固界面粘结刚度与锚固结束端的反射波能量的线性相关性,粘结刚度越高,锚固结束端的反射波子波数也越多,反射波能量越强;然后综合分析了锚杆锚固段的剪应力分布特征,得到了锚固段极限锚固承载力的计算公式;研究结果表明:采用瞬态激振弹性波法进行锚固段极限锚固承载力无损检测是可行的。     

复合锚杆承载性能试验研究与数值模拟分析

复合锚杆具有承载力高、耐久性好、成本低、污染小等优点.为了解复合锚杆的极限承载力以及杆身受力特点,通过现场试验及数值模拟对比分析,得到认识如下:①半杆长粘结复合锚杆及底部锚固无粘结复合锚杆极限承载力高于全杆长粘结复合锚杆;②复合锚杆极限抗拔承载力估算可采用《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)中抗拔桩的估算方法;③杆身混凝土的受力状态对复合锚杆极限承载力产生了影响,减少杆身受拉段长度,可提高复合锚杆极限承载力;④根据实际工程需要,合理选用复合锚杆类型.     

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。     

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。     

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。     

锚-土界面力学分析及拉拔试验研究

基于弹塑性状态下锚固体与周围土体之间的变形协调,建立围压条件下土层锚杆荷载传递机理模型,推导外荷载与锚固土层塑性半径及锚杆极限拉拔力之间的理论计算式。通过拉拔试验,分析锚固体所处应力状态、粗颗粒含量及土样含水率对土层锚杆极限拉拔力的影响。结果表明：在一定范围内改善土层锚杆所处的应力状态,有利于防止土层锚杆瞬间从土层中拔出;土样粗颗粒含量为60%时,试样较为密实,拉拔过程中土颗粒间的应力分布相对均匀,锚杆的承载力相对较大;在相同围压条件下,土层锚杆的极限拉拔力随着含水量的增加呈现出先增大后减少的趋势;试样极限拉拔力理论计算值与室内试验结果吻合较好,验证了理论模型的有效性。     

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究:Ⅰ简化理论

针对新型拉压复合型锚杆,假定锚固体与岩土体之间的剪应力呈三角形分布,对其锚固机理进行了研究。推导得出了拉压复合型锚杆的抗拔承载力计算公式和与拉力型锚杆抗拔承载力之比(承载比)。对承载比的曲线分析结果表明:承载比随锚固段长度的增加而增加,当锚固段长度系数k1=2.0时,承载比达到最大值2.0;承载比整体随承压锚固段长度系数k_2呈碟碗形对称分布,且随k_2的增加而先增加后减小,并在k_2=0.5时最大;当k1≥2.0时,承载比的最大值不再随锚固段长度增加而继续增加,但是满足承载比达到最大值的k_2取值区间变大。对比拉压复合型锚杆室内试验成果,推导的承载比计算值与试验值吻合较好。在相同锚固段长度下,拉压复合型锚杆抗拔承载力可达拉力型锚杆2.0倍,具有良好的工程应用前景。     

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。     

基于透明土的4种锚杆拔出对比模型试验

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。在试验中采用普通圆柱型和手榴弹型、糖葫芦型和圣诞树型3种异型共4种不同形状锚固段锚杆,测试获得各锚杆随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,分析各锚杆锚固段的极限承载力与锚固段破坏机理。试验结果分析表明:在本文试验条件下,在锚杆拔出破坏前,除了手榴弹型锚杆外,各种形状锚杆对土体水平位移影响相对于竖向位移均较小,糖葫芦型和圣诞树型锚杆对土体的竖向位移影响范围最大,达到6.0倍锚杆半径,比普通圆柱型锚杆对土体竖向位移影响范围大1.5倍;异形锚杆可以很有效的提高锚杆极限承载力,比普通圆柱型锚杆可提高66%~91%,其中圣诞树型锚杆的极限承载力最大;锚杆锚固段的有效长度、有效横截面积、有效直径对其极限承载力有直接影响;锚杆极限承载力值是发生在锚杆锚固段与土体接触的界面开始破坏到完全破坏之间,锚杆锚固段与土体接触界面发生破坏,是从锚杆自由段部位开始逐渐往锚杆底部发展,以A型锚杆为例,当破坏发展到距锚杆底部1/3的位置时,锚杆极限承载力达到峰值。     

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。     

边坡工程中锚杆抗拔计算过程简化的研究

为节省边坡工程设计计算工作量,针对锚孔直径为90～150mm、锚筋直径为18～32mm、砂浆厚度为15～40mm、锚筋根数为1～3根的常规情况确定了可不做锚筋抗拔计算和可不做锚固体抗拔计算的锚杆范围。研究表明：当岩土层与砂浆极限粘结强度标准值小于460.8kPa时,锚杆设计可不做锚筋抗拔计算;当岩土层与砂浆极限粘结强度标准值大于1599.6kPa时,锚杆设计可不做锚固体抗拔计算。当岩土层与砂浆极限粘结强度标准值按相关规范取经验值时,锚固在土层与极软岩中的锚杆设计可不做锚筋抗拔计算,锚固在坚硬岩中的锚杆设计可不做锚固体抗拔计算。     

抗浮岩石锚杆新型锚固剂锚固性能的模型试验研究

针对目前抗浮岩石锚杆常用锚固剂锚固性能差,单位锚固长度上提供的有效抗拔力低等不足,设计了一种新型的锚固剂.为了对该新型锚固剂的锚固能力进行测试,采用三种不同类型锚固料的岩石锚杆进行了抗拔力测试的模型试验研究.试验结果表明:该新型锚固剂的锚固性能远远好于其他两种,并且该锚固剂的成本较低,是一种具有良好应用前景的新型锚固剂.同时还对影响锚杆锚固力的其他相关因素进行了分析.     

深部裂隙岩体锚固机制研究进展与思考

 高地应力、高地温、高渗透压以及强时间效应使得深部裂隙岩体表现出一定的延性、蠕变性等软岩力学特性,现有锚固理论落后于工程实践的现状,导致许多锚固工程设计多采用经验、半经验方法。几十年来,国内外诸多学者对深部岩体锚固机制开展了大量现场、室内试验及数值计算工作,岩体锚杆锚固作用机制方面的理论研究取得了丰硕成果,但由于深部岩体所处地质条件的复杂性,这些成果普适性和准确性较低。结合已有的锚固理论,运用合理的数值模拟方法与现场、室内试验对岩土锚固机制进行深入研究,进而指导锚固工程设计施工具有重大意义。对深部裂隙岩体锚固机制研究现状进行了系统全面的总结,归纳分析了该研究领域存在的关键科学问题,主要包括：选择合理的锚固力学传递计算模型、正确描述锚固体应力分布规律、建立合理的锚固界面力学模型。深部裂隙岩体锚固机制研究应综合考虑工程应用效果和加锚岩体形态、加锚构件效应等因素。     

硬岩层爆及锚杆锚固机制试验研究

针对巷(隧)道岩爆破裂演化及锚杆锚固机制研究的不足,利用自制的真三轴加卸载试验系统开展具有岩爆倾向性的无锚固和树脂锚杆锚固长方体硬岩试样在单面约束情况下的双轴压缩对比试验研究,分析和探讨硬岩层爆、层级破裂演化及锚杆锚固机制。结果表明,在无锚固的情况下,硬岩呈现明显层爆现象,从临空面到深部,爆裂破断面的分形维数主要集中在1.3~1.8范围,随层序由于破断面摩擦作用的增强导致其分形维数随之降低,断裂形态随层序逐渐由张拉断裂为主导向剪切断裂为主导过渡,同时各层面均或多或少伴有次生层断裂;锚杆锚固明显降低了爆裂层数及范围,限制了硬岩逐层爆裂;理论分析得出临空面附近硬岩层爆层数的计算公式;视硬岩层爆部分为层状岩层,提出层爆控制的锚杆组合梁理论;临空面附近以劈裂为主的层爆是受压致拉的结果,通过锚杆锚固显著提高了完整岩体的抗拉强度,使层爆层数及范围大为降低甚至不发生层爆。     

层状岩体边坡锚固的断裂力学原理

岩体边坡的锚固及稳定性问题是岩土工程中困难的问题之一,长期以来,岩体边坡锚固效果一直没有较好的计算方法。基于线弹性断裂力学原理,将层状岩体的层间潜在最弱面等效为等间距共线多节理的力学模型,通过分析含有一条节理的有限大小岩体在压剪应力作用下节理线附近应力场在锚固前后的变化,提出了计算由于锚固引起的锚固效果公式,较好地解释了边坡锚固的增效问题。     

基于锈胀开裂的预应力锚杆（索）使用寿命预测研究

锚杆（索）腐蚀后其体积发生膨胀并形成锈胀力,而锈胀力的增大可导致外围注浆体开裂,从而加速锚杆（索）的腐蚀,故可以此时的锈蚀量作为预测锚杆（索）使用寿命的判别条件。当对外围注浆体进行受力分析时,采用平面应变情况下的圆孔模型弹性理论计算注浆体开裂时的极限锈胀力,并以锚杆（索）与外围注浆体接触面的变形协调条件来计算极限锈胀力时的锚杆（索）锈蚀量。同时,比例参数λ被采用来考虑岩土体对锚固体的约束作用,且将是否考虑注浆体内部裂缝影响作为2种方法计算锈胀力作用下的注浆体变形。然后,将参数选取在一定范围内经曲线拟合得极限锈胀力及对应锚杆（索）锈蚀量的简单表达式,进而根据2种不同适用条件下的锚杆（索）锈蚀速率计算式对锚杆（索）的使用寿命进行预测和分析。经算例对比验证了本文方法的可行性,并对锚杆（索）使用寿命的影响因素进行了参数分析,可知：①不考虑注浆体内部裂缝影响而计算得的锚杆（索）锈蚀量值偏于保守;②外围岩土对注浆体的约束作用对锚杆（索）的使用寿命有积极影响;③铁锈体积膨胀率n对锚杆（索）的使用寿命影响微小,而注浆体泊松比μ_c和保护层厚度c越大则锚杆（索）的使用寿命越长。     

压力分散型锚索设计中应考虑的几个问题

 在分析压力分散型锚索锚固机制的基础上,提出该类锚索设计中应考虑的3个问题,即单元锚固段长度的计算问题、承压板处浆体的变形问题和工后坡体变形引起钢绞线的不均匀荷载问题,认为该类锚索较拉力型锚索的锚固力有所提高,是因为浆体受压时径向的膨胀变形受到岩土体约束,岩土体越坚硬约束作用越强,锚固力提高值越多,反之则小。由此提出物理概念清楚、计算简单的单元锚固段长度计算公式。按照承压板处浆体的变形特征,提出变形量的计算公式,由此可进行浆体的变形验算。为消除工后坡体变形引起钢绞线的荷载不均匀问题,建议采用基于工后允许位移的张拉法,给出详细张拉顺序和计算公式。     

拉力型土工布加筋复合锚杆锚固界面应力传递试验分析

土工布复合锚杆是一种可应用于松散地层锚固工程的新型锚锭结构。以某滑坡治理工程为平台,开展了拉力型土工布加筋复合锚杆锚固体与破碎岩土体界面间应力传递规律的实测研究。现场试验结果表明,土工布的加筋鼓胀作用调整了锚固体与破碎岩土体接触界面的应力分布,土工布加筋复合锚杆锚固段近端存在稍长的应力协调缓冲段,随着荷载增大,黏结应力峰值向锚固段深部转移的现象不明显;实测破碎岩土体中拉力型土工布加筋复合锚杆主要抗力区域分布在3.0~13.0 m之间,即有效锚固体长度以不超过15 m为宜,过长的锚固长度对提高锚杆抗拔力意义不大;在松散破碎岩土体中应用土工布加筋复合锚杆技术能起到提高锚固力与节约成本的双重作用。