不同锚固角加锚无摩擦节理面剪切试验研究

为进一步阐明锚固角对锚固节理抗剪作用的影响,开展了无摩擦锚固节理双面剪切试验。对比不同锚固角情况下锚固节理的抗剪强度,分析锚固角对锚固节理抗剪性能的影响。试验采用应变片测量节理岩体中锚杆在节理面位置处的轴力,研究锚固节理在剪切荷载作用下锚杆的轴力变化规律以及变形特性。试验结果表明,锚固角增大,锚固节理极限荷载、屈服荷载以及抗剪刚度先逐渐增大后逐渐减小,在锚固角为60°时达到最大值;不同锚固角锚杆最终破坏模式不同,锚固角较小时,锚杆发生拉剪破坏;锚固角较大时,锚杆发生拉弯破坏;试验也发现,剪切位移较小时,锚杆的抗剪作用就已经充分发挥。     

BFRP筋锚固节理岩体剪切行为试验研究

玄武岩纤维复合材料(BFRP)锚杆逐渐应用于锚固工程,为研究BFRP锚杆锚固节理岩体剪切特性,采用室内直剪试验对比分析BFRP筋和传统钢筋锚固节理岩体抗剪性能,包括剪切强度–位移曲线、抗剪强度、锚杆失效特征和锚杆内力变化等特性,同时考虑粗糙度、锚固倾角、法向强度等因素影响。结果表明,BFRP锚杆较钢筋锚杆相比弹性段剪切刚度低,峰值剪切位移较大,但残余剪切强度较高;BFRP筋锚固剪切峰值前吸收的能量更多,吸收总能量与钢筋大致相同,剪切过程中同样表现出韧性。BFRP筋锚固节理岩体抗剪强度受锚固倾斜角度的影响较大,垂直锚固时锚固抗剪强度较低,锚固倾角减少为60°以下时则能发挥出相对钢筋更高锚固抗剪强度。BFRP锚固节理岩体剪切失效特征主要分为：树脂基质断裂;树脂基质和纤维均被剪断裂;树脂基质和周围岩体断裂。BFRP筋失效时无明显塑性屈服现象,树脂基质往往在较小的剪切位移下断裂,而纤维能抵抗较大的节理面错动,提高法向应力对剪切强度的贡献量。通过应变监测数据定量分析锚固角度为60°时BFRP筋与钢筋的轴力和剪力对剪切强度贡献关系,相同剪切位移下BFRP锚杆轴向力增长更快,轴向力对剪切强度的贡献更...     

基于大变形分析的锚固节理岩石全程剪切阻力计算(英文)

提出了一个基于测量锚固节理岩石位移的用以预测锚杆拉剪大变形行为的分析模型，给出了受拉剪荷载作用下的锚固节理岩石综合抗力的表达式，得到了考虑锚杆作用的锚固节理岩石剪切阻力与节理位移(或节理中锚杆变形角)间函数关系的理论全程曲线，试验验证了理论方法的有效性。     

Calculation of complete curve of shear resistance for bolted rock joints based on large deformation analysis（基于大变形分析的锚固节理岩石全程剪切阻力计算）

提出了一个基于测量锚固节理岩石位移的用以预测锚杆拉剪大变形行为的分析模型,给出了受拉剪荷载作用下的锚固节理岩石综合抗力的表达式,得到了考虑锚杆作用的锚固节理岩石剪切阻力与节理位移(或节理中锚杆变形角)间函数关系的理论全程曲线,试验验证了理论方法的有效性.     

充填节理宏细观锚固破坏机理分析

为分析充填节理的宏细观锚固破坏机理,利用颗粒流程序(PFC~(2D))生成6种上下面具有不同粗糙度的充填锚固节理面模型,探究其在剪切过程中宏细观破坏变化以及粗糙度对锚固充填节理抗剪强度的影响。研究结果表明:加载过程中充填物两侧颗粒位移差明显,首先发生破坏,而锚杆在节理面与胶结物之间发生剪切滑移后才开始发挥抗剪作用。6种充填节理面组合锚固后其峰值剪切强度均比锚固前增高,但增量不同。当节理面上下粗糙度接近时,充填物形状规则,齿状起伏小,锚固效果较好,峰值剪切强度增加量在40%左右;当节理面上下粗糙度相差较大时,充填物齿状起伏大,易剪碎,锚固效果较差,峰值剪切强度增加量约为20%。     

两种不同材质抗浮锚杆锚固性能的现场对比试验研究与机理分析

为深入研究中风化花岗岩中以全螺纹GFRP筋材为杆体的全长黏结抗浮锚杆锚固机理及破坏机制,进行了螺纹GFRP抗浮锚杆与螺纹钢抗浮锚杆现场拉拔试验。试验结果表明,GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力高于钢筋抗浮锚杆;相同荷载水平,相同位置处GFRP锚杆的轴力大于钢筋锚杆,钢筋锚杆轴力沿深度衰减的速率比GFRP锚杆快;GFRP锚杆剪应力峰值点较钢筋锚杆更明显,钢筋锚杆的剪应力比GFRP锚杆发挥早,GFRP锚杆的峰值剪应力比钢筋锚杆大;就砂浆与围岩界面的平均黏结强度而言,GFRP抗浮锚杆高于钢筋抗浮锚杆;GFRP抗浮锚杆以杆体材料剪切破坏为主,而螺纹钢锚杆的破坏是锚固体与围岩界面产生剪切滑移破坏。     

恒定法向刚度边界条件下锚固节理岩体剪切特性试验研究

锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要.开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚杆破断剪切位移特征的影响.结果表明:峰前阶段法向刚度对剪切应力第一峰值Tp的影响不明显;峰后阶段...     

灌浆岩石锚杆 拉拔变形和刚度的理论解析

岩石锚杆的变形计算是锚固工程设计中的一个关键因素。基于协调剪切变形段锚杆和岩体间剪切变形刚度的线性假定,不协调剪切变形段锚杆和岩体间剪应力沿杆长呈幂函数型分布的假定,通过荷载传递微分方程,对全灌浆锚杆和有自由端灌浆锚杆的拉拔变形和刚度进行了理论分析,推导出沿杆长剪应力分布函数、轴力分布函数和位移分布函数,进而可获得锚杆最大拉拔力和拉拔荷载–位移曲线。根据剪滞理论,由灌浆锚杆周围岩体单元应力平衡微分方程,推导出 锚杆与岩体之间剪切弹性变形刚度 的计算公式。与其它理论结果比较,表明本分析方法是合理的、可行的, 对于灌浆锚杆变形、刚度及强度设计具有参考价值。     

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：     

拉剪作用下节理岩体锚固力学分析模型

 现有锚固理论不能反映节理岩体锚固的内在力学机制。基于节理岩体全长黏结型锚杆锚固的地质变形特征,根据加锚节理岩体超静定梁模型,将超静定梁转化为受到挤压分布力、轴力和剪切力共同作用的静定梁模型,探讨拉剪作用下节理岩体锚固的受力与变形的演化规律。基于结构力学理论,考虑锚杆横向剪切变形段荷载与变形的内在物理关系、位移相互协调关系以及由能量原理导出的平衡关系,建立拉剪作用下节理岩体锚固的力学分析模型,进一步提出拉剪荷载作用下的节理面一侧锚杆横向剪切变形段长度的计算方法。研究表明,加锚节理岩体受锚杆轴向拉力和销钉效应共同作用,节理面处锚杆轴力和剪力呈抛物线耦合关系;锚固角越大,锚杆销钉效应越显著。节理面一侧锚杆横向剪切变形段的长度随锚固角的增加而增大,但锚杆抗力随锚固角的增加而降低。与试验数据的对比分析表明,理论模型的计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的合理性。研究结果可为节理岩体锚固研究及工程应用提供参考。     

剪切荷载作用下锚杆抗剪作用理论分析

为了分析剪切过程锚杆轴力和横向剪切力相对结构面换算的抗剪贡献影响程度,在经典梁理论的基础上,推导了锚杆抗剪力计算公式,并采用加锚结构面直剪试验验证了计算公式的可靠性。在此基础上,通过正交试验设计方法研究影响因素对锚杆轴力、横向剪切力相对结构面抗剪贡献的敏感程度。结果表明:锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好;锚杆倾角是影响锚杆轴力相对结构面换算抗剪力的主要因素;锚杆需要一定变形才能调动起直径对轴力抗剪效应的影响;锚杆倾角是影响横向剪切力相对结构面换算抗剪力的最主要因素,围岩强度次之,剪切后期结构面剪胀系数的影响程度又大于围岩强度;直径对锚杆横向剪切力相对结构面换算抗剪力的影响程度最小。     

Experimental study on the shear performance of quasi-NPR steel bolted rock joints

Quasi-NPR (negative Poisson’s ratio) steel is a new type of super bolt material with high strength, high ductility, and a micro-negative Poisson’s effect. This material overcomes the contrasting characteristics of the high strength and high ductility of steel and it has significant energy-absorbing characteristics, which is of high value in deep rock and soil support engineering. However, research on the shear resistance of quasi-NPR steel has not been carried out. To study the shear performance of quasi-NPR steel bolted rock joints, indoor shear tests of bolted rock joints under different normal stress conditions were carried out. Q235 steel and #45 steel, two representative ordinary bolt steels, were set up as a control group for comparative tests to compare and analyze the shear strength, deformation and instability mode, shear energy absorption characteristics, and bolting contribution of different types of bolts. The results show that the jointed rock masses without bolt reinforcement undergo brittle failure under shear load, while the bolted jointed rock masses show obvious ductile failure characteristics. The shear deformation capacity of quasi-NPR steel is more than 3.5 times that of Q235 steel and #45 steel. No fracture occurs in the quasi-NPR steel during large shear deformation and it can provide stable shear resistance. However, the other two types of control bolts become fractured under the same conditions. Quasi-NPR steel has significant energy-absorbing characteristics under shear load and has obvious advantages in terms of absorbing the energy released by shear deformation of jointed rock masses as compared with ordinary steel. In particular, the shear force plays a major role in resisting the shear deformation of Q235 steel and #45 steel, therefore, fracture failure occurs under small bolt deformation. However, the axial force of quasi-NPR steel can be fully exerted when resisting joint shear deformation; the steel itself does not break when large shear deformation occurs, and the supporting effect of the jointed rock mass is effectively guaranteed.     

节理岩体中锚杆剪切力学模型研究及试验验证

依据最小余能原理,在考虑节理岩体中锚杆剪切变形的基础上,分析了节理面水平剪切位移与锚杆轴向及切向变形之间的关系。结合锚杆受力特点拟定了锚杆屈服模式的判定流程。建立了考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度理论计算模型,并通过室内物理试验验证了理论计算模型的准确性。讨论了锚杆倾角、围岩抗压强度、锚杆直径、法向应力等因素对加锚节理面抗剪强度的影响规律。结果表明:所建立的锚杆剪切力学模型能够较好的反映锚杆轴向力及剪切力对节理面抗剪强度的贡献;考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度计算结果与试验结果较为吻合;锚杆倾角及围岩抗压强度越大,锚杆轴向力越小,剪切力越大;锚杆直径增大,锚杆轴向力及剪切力都会增大;节理面法向应力会显著影响剪胀效应,法向应力越大,节理面抗剪强度越高。     

盾构隧道错缝拼装管片衬砌局部原型结构破坏试验

为探明盾构隧道管片衬砌的局部破坏特性,定量评价结构的安全状态,选取考虑前后环错缝拼装组合的原型管片结构局部构件进行加载试验研究。详述结构裂缝的发展、主应力的分布、螺栓的受力与管片内力、变形以及接缝张开、错台的关系,揭示结构的破坏机理,并采用数值计算对试验结果进行验证。研究结果表明：结构初始裂缝出现在中间环内弧面靠近相邻环接缝处,并发展成为最终破坏的主裂缝。在恒定截面轴压比、增大偏心距的加载方式下,结构中部为压弯破坏,两侧为压剪破坏。试件接缝并未发生破坏,张开量较小,错台量较大,手孔附近应力集中较为严重。错缝构件的破坏机理可归纳为：结构刚度较大的区域首先开裂,导致整体刚度重分布,之后刚度较大的区域继续开裂,如此循环,直至结构变形过大发生破坏。可将裂缝宽度、接缝错台量与控制截面竖向位移作为结构安全的评价指标。     

A numerical model of fully grouted bolts considering the tri-linear shear bond–slip model

A numerical model of fully grouted bolts is proposed in this study by implementing the tri-linear bond–slip relationship of bolts into the numerical framework presented by Hyett et al. (1996). The bond–slip relationship of bolt–rock interface is simplified and represented by the tri-linear model. The proposed numerical model is characterized by (1) its ability in modeling decoupling mechanism of bolt–rock interface, i.e. the degradation of the interfacial shear bond stress along bolts; (2) its easy implementation in a numerical code. The proposed numerical model is verified with the pullout tests, and good agreements with the experimental results can be observed in terms of axial stress distributions in the bolt, shear stress distributions along the bolt and load–displacement relationship. The proposed model also gives a reasonable prediction on the behavior of bolts installed in the field.     

木网壳钢板群栓节点轴向滑移刚度试验与理论研究

作为大跨木网壳常见节点之一的钢板群栓节点,在轴向力作用下极易发生滑移变形,对整体网壳的力学性能产生不可忽略的影响。为研究不同参数对钢板群栓节点轴向滑移刚度的影响,对13组,考虑螺栓直径、数量、行距、列距以及材质等级等变化参数的钢填板-螺栓节点开展了单调加载试验研究,得到不同参数节点的轴向滑移刚度及变化规律,基于单栓的半无限体地基梁理论以及群栓弹簧模型建立了节点初始滑移刚度的理论公式。分析结果表明,节点轴向滑移刚度随螺栓直径的增大以及螺栓数量的增加,总体呈现非线性的增加趋势;螺栓列距、螺栓材性对轴向刚度影响的规律性不明显。采用弹性地基梁理论分析的节点刚度与试验结果吻合度较好,可作为木网壳群栓节点轴向滑移刚度的预测分析方法。