BFRP筋锚杆土质边坡支护应用研究

论文通过拉伸试验、抗剪试验、耐腐蚀试验、与水泥基黏结强度试验,研究了BFRP筋力学性能,表明BFRP筋抗拉强度大于890MPa,耐酸碱强度保留率大于92%,抗剪强度略小于普通钢筋,与水泥基类黏结强度大于4.5MPa。参照《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22:2005）,结合BFRP力学性能参数,对BFRP锚杆支护土质边坡进行设计。BFRP筋作为锚杆,其抗拉强度设计值取750MPa,与砂浆黏结强度取2.0MPa。通过BFRP筋材和钢筋锚杆加固土坡的现场对比试验,分析了BFRP锚杆加固土质边坡的效果,表明两种锚杆受力和边坡变形类似,验证了BFRP筋作为岩土支护锚杆的适用性。     

玄武岩纤维与钢筋锚杆锚固性能现场对比试验研究

玄武岩纤维（BFRP）锚杆具有抗拉强度高、耐腐蚀性能好等优点,是岩土锚固结构中钢筋的良好替代品,近年颇受业界关注。通过在黄土地层中开展4组?25 mm BFRP锚杆和钢锚杆的现场拉拔试验,初步研究两种材质锚杆的破坏模式和锚固性能差异。研究结果表明：对于诸如?25 mm类较大直径土层锚杆,拉拔过程中锚固体系的灌浆体内外界面破坏迹象共存,但最终破坏模式受控于灌浆体与土层界面（第二界面）,且BFRP锚杆与砂浆内界面（第一界面）破坏程度明显高于钢锚杆;两种材质锚杆的极限承载力相近,界面黏结强度均随锚固长度的增大而减小;受两种材质锚杆本身的加工工艺和材料力学性能影响,试验中钢锚杆与灌浆体的黏结性能优于BFRP锚杆;相同荷载水平,相同位置处,BFRP锚杆杆体轴力大于钢锚杆,轴力衰减速率略小于钢锚杆;峰值剪应力BFRP锚杆小于钢锚杆。     

爆炸加载下混凝土的瞬态应变特征研究

耦合装药条件下,RDX药包在混凝土模型中爆炸,距药包中心80mm处的电阻应变传感器,依次记录到由爆炸冲击能(Es)和膨胀能(Eb)加载,在混凝土中先后形成的两个不同的径向爆炸应变波.前一个应变波压缩相的峰值和平均应变率,分别是819.1～907.6με和409.6～453.8s-1;后者的对应值,依次为656.3～755.4pε和17.3～21.3s-1.研究结果表明:爆炸加载作用下,混凝土经历了两次明显的径向变形,Es加载使其产生压应变的峰值和应变率,均大于Eb加载产生的对应值.     

微型桩加固土质边坡的动土压力响应及其频谱特性研究

通过大型振动台试验,对滑面附近位置处的动土压力峰值分布规律进行了分析。由于地震信号具有持时短、非平稳性等特点,为分析其在不同频带的动力响应情况,利用小波包分析频带划分均匀能力和时频局部化性质,对水平向加载的El波进行了分解,从而对其频谱特性进行了研究。试验结果表明:滑面附近位置处动土压力常常最大,且动土压力在沿桩身高度25 cm及45 cm处均出现了突变,在实际工程中应重点关注这两个位置;对微型桩动土压力影响较大的频段主要为第一频带(0.1～6.26Hz)和第二频带(6.26～12.51Hz),在工程应用中应避免这两个频带的地震波与微型桩发生共振;沿桩身高度25 cm处,后排微型桩山侧及河侧的动土压力值均要大于前排微型桩山侧及河侧的动土压力值;而在沿桩身高度45 cm处,前排微型桩山侧及河侧的动土压力值均要大于后排微型桩山侧及河侧的动土压力值。     

玄武岩纤维增强复合材料在高边坡防护中的振动台试验研究

在地震烈度较低时,钢锚索可以很好地限制坡体变形,起到良好的边坡支护效果。但是在强震条件下,常规的锚索难以发挥其锚固作用,最终导致锚固失效破坏,常会引发边坡失稳破坏的现象,且在地下水等腐蚀性物质的作用下,常会造成钢锚索的锈蚀问题。鉴于此,通过大型振动台试验,对新型玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced plastics,简称BFRP)加固边坡及无支护边坡的动力响应进行了对比研究,旨在为高边坡加固中BFRP锚索的动力合理性设计提供科学依据。研究结果表明:相较于BFRP锚索支护边坡而言,无支护边坡在地震波加载过程中具有明显的变形阶段,主要可划分为弹性阶段、塑性阶段、塑性增强阶段以及破坏阶段,且当输入波峰值小于0.2g时,BFRP锚索支护边坡与无支护边坡均可处于弹性状态;BFRP锚索支护边坡的加速度峰值均要大于无支护边坡的加速度峰值,表明相较于无支护边坡而言,BFRP锚索可有效提高边坡的刚度;同一工况的地震波作用下,无支护边坡中各测点位移谱值均要大于BFRP锚索支护边坡对应测点的位移谱值,表明BFRP锚索用于边坡支护工程中时,可以很好地限制坡体变形,有利于提高坡体的抗震性能。     

玄武岩纤维复合材料土层锚杆抗拔性能现场试验研究

玄武岩纤维复合材料(BFRP)锚杆与传统钢锚杆相比具有比强度高、耐腐蚀性强、与围岩协调变形性好等优点,是一种新型高性能纤维锚杆,在边坡加固领域的应用才刚刚起步。通过BFRP锚杆加固黄土边坡的现场拉拔试验,较系统地研究了BFRP锚固体系在不同锚杆直径、锚固长度下的工作性能,并通过现场开挖式剖析,分析了BFRP锚固体系的破坏模式。试验结果表明,破坏模式受控于锚固系统诸界面的相对强度,φ12mm和φ16mm锚杆体系为锚杆与灌浆体界面(第1界面)剪切破坏,φ25 mm锚杆体系为灌浆体与土层界面(第2界面)滑移破坏;一定锚固条件下,增大锚杆直径可显著提高锚固体系的极限抗拔力;随着锚固长度的增加,极限抗拔力并非始终线性增大,而是增幅逐渐减弱,存在临界锚固长度;第1界面和第2界面平均黏结强度均随锚固长度的增大而减小,并给出了诸界面平均黏结强度的建议值,可供实际工程设计使用;杆体轴力沿锚固深度逐渐衰减,分布形态与受拉荷载大小、锚杆直径和锚固长度等有关;锚杆界面摩阻力分布服从随锚固深度先增大后减小的单峰形态,峰值多出现在锚固前端0.5 m范围内,同样受锚固长度和直径影响。建议今后进一步改善BFRP材料的抗剪性能以及BFRP锚杆表面形态设计和制作工艺。     

长期动荷载作用下冻结粉土的变形和强度特征

根据长期动荷载作用下的蠕变试验结果,研究了冻结粉土的变形和动强度特征.试验分3组,第一、二组是小振幅动荷载试验,且第二组的动荷载幅值为第一组的两倍;第三组是大振幅动荷载试验,荷载最小值取接近于零的值,最大值与第一组对应.试验结果表明:各种振幅的动荷载作用下,冻土的累积应变随荷载振动次数的变化规律相同(都包括初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段、渐进流阶段)但数值上有差异.在初始和稳定蠕变阶段,第三组试验的累积应变小于第一、二组的,但是第三组试验稳定蠕变阶段的应变速率很大,蠕变曲线迅速进入渐进流阶段,此后其累积应变值大于小振幅动荷载试验的;第一、二组试验的应变幅值随振次的变化规律相似,但与第三组的有明显不同,而且,第三组试验的应变幅值明显大于第一、二组试验的.各种振幅动荷载作用下冻土的残余应变随振次的变化规律相同,且偏移荷载载越大或动荷载振动幅值越大,残余应变越大;冻土的动强度随荷载振动次数的增加而衰减,直至趋于极限动强度,大振幅动荷载试验的极限动强度明显小于小振幅动荷载试验的.     

考虑中主应力变化的原状黄土变形特性研究

为研究在高围压条件下考虑中主应力变化的原状黄土变形特性,利用西安理工大学真三轴仪对原状黄土进行了控制固结围压和中主应力b值的等b等p(p为球应力)剪切试验,试验给出了高围压条件下各主应变之间的关系,得到了不同高围压条件下的破坏应变与不同b值阶段的影响规律。结果表明：高围压条件下,所有b值阶段的ε₃均为膨胀变形;b=0.2为中主应变变形临界点,0≤b<0.2为中主应变膨胀变形,0.22)、小主应变的b值敏感度K(ε₃)和广义应变的b值敏感度K(ε_s)在b值为0～0.7之间均增长,0.7～0.9之间受b值变化影响减弱,0.9～1.0受b值变化影响最大。K(ε_v)基本在0～5范围内,说明在不同中主应力阶段破坏体应变受b值变化的影响程度较小。     

动荷载作用下冻结兰州黄土的动应变幅变化特征研究

采用分级循环正弦荷载模拟车辆振动, 通过动三轴试验对冻土的动应变幅进行了研究. 结果表明: 对于频率为0.1 Hz的前5级加载和频率≥0.5 Hz的各级加载作用下的动应变幅, 可以采用等价应变幅描述每一级动荷载作用下的动应变幅. 存在一个临界频率(约为7 Hz), 当加载频率小于该临界频率时, 等价应变幅变化复杂; 当加载频率大于该临界频率时, 等价应变幅随加载级数基本保持不变. 当加载频率≥0.5 Hz时,不同加载级数下等价应变幅随加载频率的增大而减小. 围压对等价应变幅影响较小; 当频率≤0.5 Hz时, -0.5 ℃条件下的等价应变幅略大于-1.0 ℃条件下的等价应变幅; 当频率>0.5 Hz时, 不同温度下的等价应变幅近似相等.     

不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固力优化研究

为研究不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系,基于厚壁理论,对肋间距分别为12、24、36、48 mm的左旋螺纹钢锚杆锚固试件在套筒壁厚4.5 mm和6.0 mm条件下进行拉拔试验,通过测试拉拔力、拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、耗能值等参数,探讨了不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系。试验结果表明:在不同的套筒中,即不同围岩条件下,随着肋间距的增加,锚杆拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、拉拔耗能值相应增大;肋间距为24 mm时,锚杆拉拔力最大,相同肋间距的锚杆在围岩强度较大的条件下拉拔力较大;壁厚为4.5 mm的套筒周向应变均大于壁厚为6.0 mm的套筒,即不同围岩条件对锚杆控制其变形能力有重要影响;在不同围岩条件下,增大肋间距均可以提高锚杆的锚固性能。     

压力型与拉力型锚杆工作性状的室内足尺模型对比试验研究

基于室内足尺模型试验对比研究压力型和拉力型锚杆的工作性状,给出锚固体轴向应变的分布特点,验证基于Mindlin问题位移解推导出的压力型锚杆锚固段应力分布理论解的可行性,分析了在试验条件锚杆的极限承载力及破坏形式。试验结果表明,拉力型锚固段处于受拉状态,轴向应变值最大值发生在张拉端附近,距离张拉端越远应变值越小;压力型锚杆的锚固段处于受压状态,轴向应变值最大值发生在承载体附近,距离承载体越远应变值越小;拉力型锚杆破坏形式为锚固段注浆体与岩土层间的粘结滑移破坏,压力型锚杆的破坏形式为承载体附近锚杆周围土体剪胀破坏;压力型锚杆极限承载力较之拉力型锚杆在相同条件下有明显提高;实测值与基于Mindlin问题的位移解推导出的压力型锚杆锚固段应力分布理论解较吻合。     

锚固岩体的单轴压缩力学特性及其各向异性特征分析

通过对含有锚杆的水泥砂浆试件进行单轴压缩试验,系统地研究了锚杆的布置方式对试件强度和变形特性的影响。研究结果表明:(1) 当锚杆横截面的连线呈直线或者正方形时,随着锚杆数量的增加,试件的抗压强度、弹性模量均会逐渐增加,试件峰值应变的变化没有固定规律;(2) 当锚杆横截面的连线呈直线时且试件中的锚杆数量相同时,荷载方向垂直于锚杆横截面的连线时试件的抗压强度和弹性模量,大于荷载方向平行于锚杆横截面的连线时试件的抗压强度和弹性模量。     

10~1～10~2s~(-1)应变率下花岗岩动态性能试验研究

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)上对花岗岩进行了10~1～10~2 s~(-1)应变率段的动态压缩试验.试验主要做了以下3点改进:(1)采用大直径变截面锥杆,并严格限制试件长径比;(2)选用退火紫铜片和药用胶布作为脉冲整形器;(3)在入射杆与试件接触端面加设万向头.此外,通过高―低应变率重复加载试验得到了花岗岩材料在变速重复冲击下特有的力学性能.结论表明,在此应变率段花岗岩材料具有明显的应变率硬化效应,峰值应力前应力-应变曲线的跃进特性.     

上海典型黏土小应变特性的试验研究

在小应变水平下土体的刚度特性明显不同于常规试验得到的土体刚度,正确评价土体的小应变特性对于基坑、隧道等地下工程的变形分析具有重要作用。采用装有霍尔效应局部应变传感器的三轴试验和配有弯曲元的共振柱试验,研究上海典型天然黏性土的小应变特性。研究表明,随着土体深度的增加,土体剪切模量增大;第(2)~(5)层的小应变刚度衰减规律基本一致,第(6)层土因其明显的超固结特性,其刚度衰减速率明显大于其他土层;共振柱试验给出了各层土样的初始剪切模量以及归一化剪切模量比与剪应变的关系;三轴和共振柱试验均揭示了上海典型黏性土的剪切模量在小应变范围内随剪应变增加呈非线性衰减的规律。     

微观负泊松比锚杆静力学特性及其工程应用研究

相比于传统的小变形锚杆支护材料,负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比（NPR）锚杆/索研究和应用基础上,何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力学特性研究较少,微观NPR锚杆在城市地下隧道工程的适用性有待于现场应用验证。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢的力学特性进行了研究,结果表明本批次微观NPR钢平均伸长率为34.68%;恒阻力值范围为203.9～ 240.7 kN;拉伸全过程表现为均匀拉伸变形;无屈服平台,破断时无明显颈缩现象。通过理论推导,建立了微观NPR锚杆在微静力拉伸条件下的弹塑性增量本构模型。以某路地铁站风道段为工程背景,介绍了微观NPR锚杆施工工艺,现场测试了极限拉拔力、伸长率及锚杆轴力等方面,结果表明,微观NPR锚杆具有高恒阻力及大伸长量等优势。在围岩大变形隧道开展了支护应用试验,验证了其具有良好的围岩大变形控制效果。     

格构梁锚杆加固滑坡地震动力响应分析

挡墙、抗滑桩、锚杆等多种支挡构造物中,锚固系统抗震性能良好,其治理后的边坡失稳可能性极小。为研究地震作用下格构梁锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究不同激励强度、不同频率条件下锚固滑坡及锚杆的动态响应特征。结果表明:地震激励作用下,锚固体的动力响应分为三个阶段:适应调整区段(0. 05g～0. 20g)→平和抗震区段(0. 20g～0. 40g)→激烈抗震区段(0. 40g～0. 60g);锚固系统的自振频率和PGA放大系数随之呈现高→低→高的走势。激励强度不同,激励作用的频谱不同,同列锚杆的应变振型也不同;自振频率附近的正弦波激励(15 Hz)由于共振作用,在锚固体上部产生的不协调变形较大,同列锚杆的应变走势随着激励强度的增加从中间小上下大的"C"型调整为上大下小的"Г"型;正弦波超低频率(5 Hz)激励作用下,同列锚杆的应变走势则一直保持上小下大的"L"型;实际的汶川波和EL Centro波由于组合了不同的频谱,同列锚杆的应变走势则呈现中间小上下大的"C"型。强震地区锚固系统设计时,建议同时加长坡顶与坡脚的锚杆设计,以抑制坡顶滑面处的拉张裂缝及坡脚的剪切裂缝。     

五莲拆离断层带动态重结晶石英颗粒的分形特征及流变参数估算

五莲拆离断层带中石英韧性变形明显,在野外主要表现为条带状、拔丝状,显微镜下主要表现为多晶石英条带,发育亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶,剪切带经历了中低温条件下的变形,变形温度为300～450℃。利用分形方法对石英颗粒边界的研究表明,发生动态重结晶的石英颗粒边界具有统计学意义上的自相似性和明显的分形特征,亚颗粒旋转重结晶石英颗粒分维数介于1. 260～1. 319之间,均值1. 276;膨凸重结晶石英颗粒的分维数为1. 217～1. 297,均值为1. 256;根据石英粒径估算出亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶作用变形阶段的古差异应力,分别为7. 84～21. 58MPa和18. 51～56. 65 MPa;基于分维值计算的应变速率计算公式,获得亚颗粒旋转与膨凸重结晶石英颗粒的应变速率分别为10-8. 4～10-7. 7s-1、10-10. 5～10-9. 7s-1;基于石英流变率计算,亚颗粒旋转重结晶的石英应变速率介于10-12. 88～10-11. 73s-1之间,膨凸重结晶的为10-13. 72～10-12. 46s-1。本地区韧性变形的应变速率大于一般性韧性剪切带应变速率,可能与拆离断层带的快速拆离伸展作用有关。     

冻融循环作用后饱和黏土的应变速率效应试验研究

为研究不同应变速率加载对融化饱和黏土力学效应的影响,对不同初始压实度的融化饱和黏土进行了不同应变速率和围压下的固结不排水三轴剪切试验,分析了融化饱和黏土的应力-应变关系曲线特征、孔隙水压力、割线模量(E_(50))、峰值强度、残余强度、抗剪强度指标的变化规律。结果表明:随着应变速率的增大,融化饱和黏土峰值强度和残余强度均先增大后减小,随后持续增大;而E_(50)模量则一直增大。应变速率未改变偏应力峰值所对应的应变大小;初始压实度不影响融化饱和黏土峰值强度对应的应变值,且在围压为120 k Pa、应变速率为0.15%/h时初始压实度对融化饱和黏土孔隙水压力发展趋势的影响不大,而当应变速率超过1.5%/h时,初始压实度的影响显著。随着围压增大,融化饱和黏土峰值强度对应的应变值及孔隙水压力明显增大。应变速率小于15%/h时,内摩擦角随着应变速率增大而减小,应变速率大于15%/h时,内摩擦角则随着应变速率增大而增大;黏聚力随着应变速率的增大持续增大。其研究结果对加深融土应变速率效应的理解具有一定的理论意义。     

基于PSO-SVM的凤县公路边坡地质灾害空间预测

边坡地质灾害是造成凤县公路长时间中断的主要原因之一,开展灾害空间预测对提高公路抗灾能力和区域防减灾能力具有重要意义。在分析凤县公路边坡地质灾害概况和选取预测因子的基础上开展灾害隐患点调查,采用粒子群改进支持向量机模型(PSO-SVM)和地理信息系统进行灾害空间预测并逐网格计算灾害易发性指数,应用成功率法检验预测结果,基于灾害易发性指数将凤县分为高易发、中易发、低易发和基本安全4级易发区。结果表明:凤县公路边坡地质灾害的易发性指数最小为0. 08、最大为0. 96,粒子群改进支持向量机的曲线下面积为0. 907,易发性从西向东逐渐降低;基本安全、低易发、中易发和高易发区分别占凤县总面积的48. 34%、23. 92%、18. 46%和9. 28%,灾害调查确定的423处灾害隐患点中有23处、41处、96处和263处位于以上区域,分别占总数的5. 31%、9. 45%、22. 16%和63. 08%,G316和S201、S205均有部分路段穿越高易发区。 更多还原杆应变的响应规律。得出:加固边坡土体对输入的地震波有垂直放大作用,水平方向放大作用不明显;在地震频率和幅值共同影响下,边坡加速度响应具有明显的差异。同一锚杆沿长度方向应变分布呈"前小后大"的模式;同列不同层锚杆在垂直方向应变响应差别较大,顶层、底层锚杆应变较边坡中部的锚杆应变响应明显。利用ABAQUS数值软件模拟振动台试验过程,得出锚固边坡动力响应特征与振动台试验结果一致。     

近区锚喷结构的爆破振动特性研究

选用水泥砂浆和玻璃钢分别模拟岩石和锚杆,浇筑2.5 m×1.8 m×2.1 m尺寸的岩体模型,通过模型试验研究近区锚喷结构在掏槽爆破作用下的振动特性。利用测试锚杆测得不同设置情况锚杆上的应变波。试验结果表明,端锚锚杆中部锚固段与锚杆尾部自由段测得的振动波形和变形形式完全不同,中部锚固段振动幅值稍大;在不设置喷层和预应力时,尾部自由段的应变波规律性更强,且持续时间长;随着离爆源距离的增加,锚杆的振动频率和幅值衰减明显,但振动持续时间则稍有增长;通过小波变化的时频方法分析应变波的能量,临近工作面锚杆的振动能量大,但能量分布分散,振动时间有限,稍远的锚杆虽振动能量小,但能量集中,持续时间长;两种不同能量对锚喷结构产生不同的损坏模式。试验和实践发现,爆破容易造成附近喷层的损坏和锚杆的失效,钢纤维混凝土可增加喷层的抗动载性能,调整支护工艺也是减小爆破影响的有效方法。