锚杆锚固对节理岩体剪切性能影响试验研究及机制分析

为研究锚杆锚固对节理岩体剪切性能的影响规律及锚杆抗剪作用机制,开展不同锚杆倾角及不同法向应力作用下加锚节理岩体室内剪切试验研究,探究加锚节理岩体在法向力及剪切力作用下的变形和受力特征,对比分析节理岩体锚固前与锚固后的剪切变形规律,讨论锚杆倾角、节理面法向应力等因素对节理岩体抗剪性能的影响。试验结果表明,锚杆锚固能够有效地增加节理面的黏聚力和内摩擦角,提高节理岩体的抗剪强度;锚杆倾角对加锚节理岩体的抗剪强度及剪切变形规律有重大影响,较大的锚杆倾角有利于发挥锚杆的"销钉"抗剪作用;节理岩体施加锚杆后其剪力–位移曲线存在弹性阶段、屈服阶段及塑性变形阶段3个区段;在锚杆倾角相同的条件下加锚节理岩体的抗剪强度随节理面法向应力的增加而增大。分析试验后试件破坏形态可知,加锚节理岩体中锚杆的屈服破坏主要发生在节理面附近的区段,岩体材料由于锚杆横向的挤压作用,也会在节理面附近发生局部破坏现象。     

单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明:锚杆可提高岩石的强度,且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件,全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石;同一锚固方式下,90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同,加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同,可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响,二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱,但全长锚固与端部锚固所不同的是,全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大,粘结强度更高,失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。     

单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究EI北大核心CSCD

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明:锚杆可提高岩石的强度,且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件,全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石;同一锚固方式下,90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同,加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同,可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响,二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱,但全长锚固与端部锚固所不同的是,全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大,粘结强度更高,失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。     

顺层岩质边坡锚杆拉剪作用力学性能

锚杆能够显著增强顺层岩质边坡的稳定性.基于顺层边坡结构效应,应用锚杆加固顺层边坡的力学模型,根据结构力学理论和变形协调关系,建立拉剪作用下全长粘结型锚杆加固顺层边坡抗剪计算的理论分析方法.与相关试验数据进行了比较验证,结果表明顺层边坡锚固抗力模型计算结果与试验结果比较一致,验证了理论模型的合理性.讨论了锚杆倾角、锚杆直径、灌浆体强度、结构面内摩擦角、剪胀角等对加锚顺层岩体抗剪性能的影响.分析表明:锚杆锚固抗力模型能够较好地反映锚杆轴力及横向剪切力对顺层岩质边坡的抗剪作用.锚杆倾角越大,锚杆总的抗力呈减小趋势,而锚杆抗力随剪胀角增大而增加;当锚杆倾角等于内摩擦角时,锚杆抗力达到最大;锚杆抗力随锚杆直径增加而增大;当锚杆直径不变时,锚杆抗力随灌浆体抗压强度增大而有所减小.      

预应力锚杆框架梁的支护力学行为研究

采用实际工程数值模拟,结合现场试验与测试以及变换设计参数进行数值仿真试验等,对预应力锚杆框架梁支护体系加固边坡的力学响应、支护体系与加固坡体之间相互作用的空间力学效应以及支护体系的力学响应对设计参数的敏感性等问题进行了研究。结果表明,预应力锚杆框架梁的支护力学性状表现出张拉和稳定工作两个不同阶段,设计时应主要考虑位于坡脚附近的框架梁与锚杆的内力在稳定工作阶段有所上升的不利影响,锚杆的锚固预应力、锚固角和锚固间距均对支护体系的内力和加固边坡的压缩变形有显著影响。     

锚固方式对节理岩体剪切性能影响试验研究

分别采用预制混凝土块、45号钢螺杆、矿用化学浆液来模拟围岩、锚杆及锚固剂进行节理岩体室内剪切试验,研究在无锚、端锚和全锚3种情况下节理岩体抗剪特性及锚杆受力变形特征。研究结果表明:在不同锚固方式下节理岩体的剪力-位移曲线有显著的差异,无锚试件表现为脆性特征;端锚试件在调动锚杆抗剪强度时会有一剪力小幅下降的转折点,全锚试件与节理匹配性较好,可以承受更大的剪力;对于加锚试件,无论是端锚还是全锚锚杆,根据锚杆变形特点,均可分为拉伸区、剪拉区和压缩区。锚杆在剪力和拉力综合作用下破坏时即发生在剪拉区。锚固方式不同,剪切试验过程中锚杆轴力分布也不同,全锚锚杆主要分布于节理面附近,随着与节理距离增加,轴力迅速衰减。端锚锚杆轴力分布则相对均匀。     

土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究

通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验,分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移,揭示了格构锚杆的抗滑机制,探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系,提出了极限锚固力的计算方法。结果表明：滑坡滑动时,格构梁与坡体整体发生旋转滑移,锚杆在滑面处发生了弯曲变形,处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态;格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑;格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成,可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。     

加锚贯通节理岩体宏细观剪切破坏特性

为了研究加锚贯通节理岩体的剪切破坏特性,根据室内实验及数值模拟软件PFC2D,分析了不同法向应力及不同锚固角度作用下,加锚贯通节理岩体的抗剪性能及内部细观裂纹的演变过程。研究表明:（1）随着锚固倾角的增加,加锚节理岩体抗剪强度呈现先增大后减小的趋势,且在锚固角度为60°时,其抗剪强度最大,锚固效果最好。随着法向应力越大,加锚节理岩体抗剪强度越高,其抗剪性能越好。（2）随着剪切位移的不断增加,由初期阶段在锚杆和节理附近产生的少量裂纹通过不断的向外扩展,最终在锚杆和节理交界处聚集了大量的裂纹,其中裂纹以张拉裂纹为主。（3）锚固角度及法向应力对裂纹扩展影响显著,随着法向应力的增加,裂纹数也呈现了增加的趋势,且岩体破坏越严重。随着锚固角度的变化,加锚节理岩体破坏时形成的裂纹数量有先减小后增大的趋势,且在锚固角度为60°时,产生的裂纹最少。     

循环荷载下砂土液化特性颗粒流数值模拟

利用PFC2D常体积循环双轴试验条件,对砂土在不排水循环荷载作用下的液化特性进行了颗粒流数值模拟,数值模拟按等应力幅加荷方式进行。颗粒流数值模拟的优点在于得到试样液化宏观力学表现的同时,通过不同循环加荷时刻试样内细观组构参量（包括配位数、接触法向分布、粒间法向接触力、粒间切向接触力）的演化规律,分析砂土液化过程中细观组构变化与宏观力学响应之间的内在联系,从而可进一步探讨砂土液化的细观力学机制。数值模拟研究结果表明,砂土液化现象在宏观力学表现上反映为超静孔隙水压力的累积上升和平均有效主应力的不断减小,在细观组构上对应于配位数的累积损失和粒间接触力的不断减小。砂土液化细观机制分析表明,试样配位数的减少与循环加荷过程中组构各向异性滞后于应力各向异性有关。     

试论提高深基坑预应力锚固效果的途径

简要论述了锚拉支挡结构中预应力锚杆的加固机理 ,对土层锚杆锚固力的影响因素进行了分析 ,讨论了确定预应力设计值的依据和预应力施加的程序 ,最后提出了提高预应力锚固效果的途径。     

压力型锚杆支护滑坡的地震动力响应特性研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应特征及压力型锚杆的受力机制,采用ABAQUS有限元软件建立了压力型锚杆联合格构梁支护的锚固滑坡模型,在此基础上,分析了锚固滑坡的加速度响应规律、地震动参数对加速度响应的影响以及压力型锚杆的受力特征等。结果表明:地震作用下锚固滑坡具有明显的高程放大效应,坡顶响应最强;不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同,锚固滑坡对输入地震波的低频段存在放大作用,对高频段具有滤波作用;随地震波幅值的增大,锚固滑坡的加速度响应呈先减小后增大的趋势。对于同一根锚杆而言,锚杆杆体轴力分布较均匀;对于同列不同排的锚杆而言,各排锚杆杆体的轴力值差异较大,自上而下呈"C"型分布,底排锚杆和顶排锚杆承担大部分荷载。研究结果对于压力型锚杆支护滑坡的抗震设计具有一定的指导意义。      

丹江口水库大坝加高工程应力分散型预应力锚杆研制及应用

介绍了丹江口水库大坝加高改造工程中采用的应力分散型、自锁式内锚头预应力锚杆技术。项目研制了性能可靠、结构合理的专用扩孔器具和自锁式内锚头,解决了50 m深孔高精度钻孔难题。该锚固技术改善了内锚固段应力集中的不良状态,改变了普通锚杆预应力通过内锚固体与孔壁的粘结力传递到承载体上的方式,而是通过在扩孔段设置的自锁式内锚头,以压力的形式,分散直接作用于不同深度的承载体上,锚固力不会因粘结力衰减而损失,起到长期锚固的作用。     

粗粒土与结构接触面特性的离散-连续耦合数值研究

三维变形体离散元法能够自动检索接触关系,并对具有不规则形状的粗粒土颗粒和结构物进行有限差分网格离散,因此,具有模拟离散-连续耦合问题的先天优势。采用随机模拟技术生成粗粒土三维数值试样,基于变形体离散元进行粗粒土与结构接触面特性的数值试验,研究了不同接触面粗糙程度的接触面力学特性,对比了粗粒土与结构物在单剪和直剪状态下的接触面力学特性,从宏观和细观两个层面分析了数值试验结果。结果表明,数值试验能较好地反映粗粒土与结构接触面的力学特性,其剪应力-相对剪切位移曲线与试验结果规律相似;接触面粗糙程度对接触面的强度和变形特性影响较大,其机制在于剪切对试样的扰动程度不同;直剪和单剪状态下试样剪应力-相对剪切位移均为双曲线,单剪试验的初始剪切刚度低于直剪试验,两种试验得到接触面抗剪强度指标比较接近。     

基于卸荷和抗震分析理论的大岗山坝肩边坡锚固优化研究

基于卸荷岩体的理论和方法,对大岗山水电站坝肩边坡进行研究。以大型通用有限元程序ADINA为计算平台,对比分析坝肩边坡卸荷后,不同地震加速度及不同锚固长度和锚固吨位在卸荷条件下关键点的位移和应力以及塑性区的变化规律,认为边坡开挖变形由两部分组成,一部分为卸荷回弹,另一部分是由于大吨位锚索施加后产生的朝向坡内的压缩变形。研究表明,由于锚索穿过V岩体底部界线,在可能的滑坡剪出口形成强大的阻滑键,增加锚索长度或吨位均可有效地减小坝肩塑性区,地震加速度为0.1g和0.15g时,在各加固吨位下均可能形成塑性区的贯通;在不同的地震加速度下,受不同锚固长度和锚固力影响,不同关键点处水平向位移呈现线性变化和非线性变化,非线性关系中的拐点应重点关注;若要减少岩体塑性区,相同比例下增大锚固长度效果更好。为了有效减少在高地震烈度时边坡塑性区的发育,建议采用增加120%的锚固长度。     

锚杆挡土墙可靠度分析与计算方法

提出了锚杆挡墙中肋柱锚杆体系的串-并联模型。将肋柱视为连续梁,锚杆视为弹性支座,引入锚杆与锚固段周围岩土体的复合刚度系数,用位移法导出了各根锚杆所受荷载的统一计算公式。考虑各功能函数之间的相关性,运用系统可靠性理论,提出了单根锚杆3种破坏模式的串联系统与多根锚杆并联系统的体系可靠度计算方法,并编制了计算程序。对一工程实例进行计算,并对计算结果进行了分析,发现单根锚杆的3种失效模式并非相互独立,每种失效模式对锚杆可靠度的影响也不一样,而3根锚杆并联系统的失效概率近似等于在其他锚杆均未破坏的条件下每根锚杆单独失效概率之和。     

Three-dimensional numerical analysis of the keying of vertically installed plate anchors in clay

Plate anchors, such as suction embedded plate anchors and vertically driven plate anchors, offer economically attractive anchoring solutions for deep/ultra-deep water offshore developments. The rotation/keying processes of plate anchors will cause embedment losses, which lead to decreases of the uplift resistances of the anchors in normally consolidated soil. In the present paper, the keying processes of vertically installed strip and square plate anchors are simulated using the 3-D large deformation finite element method. The effects of loading eccentricity and pullout angle on the embedment loss during keying are investigated. Both the development of the uplift resistance and the soil flow mechanisms are presented. The numerical results show that the loading eccentricity e/B has a much larger effect on the embedment loss than the pullout angle does. The anchor shape has a minimal effect on the loss in anchor embedment. The shape factors (square/strip) are 1.05–1.09 for loss of embedment and 1.10–1.19 for capacity.     

水平荷载作用下根式基础受力特性分析

根式基础是一种新型的结构式基础,利用自身的结构性,可以在增加少量成本的情况下大幅度提高基础的承载力。但是,目前还没有关于根式基础的理论研究成果,有必要对根式基础的受力特性进行分析。采用弹塑性有限元法,对淮河特大桥1#桥的根式基础原位试验进行数值模拟,验证了数值模拟方法和参数选取的合理性。在此基础上,通过无根键沉井基础和有根键沉井基础的受力特性对比,分析了根式基础的受力特性,对根键上的弯矩分布型式进行了研究,并探讨了根键沿深度位置分布对根式基础承载力的影响。研究证明,根键分布在合理的位置可以有效地提高沉井基础的水平承载力。     

扩体型锚杆的研制及其抗拔试验研究

在研制锚杆机械扩孔器的基础上,进行了扩体型锚杆的工艺试验和抗拔试验研究。试验结果表明,所研制的锚杆机械扩孔器对地层具有良好的适应性;扩体型锚杆较普通锚杆的承载力平均提高20 %～30 %,最大为66 %;扩体型锚杆的轴向应变陡降现象明显,具有显著的端承效应。     

颗粒劣化效应的堆石料流变细观数值模拟

堆石料流变的主要机理是由于水位变化、降雨入渗、日晒雨淋等环境因素导致堆石料发生性质劣化,与此同时,颗粒发生高接触应力-破碎和重新排列-应力释放、调整和转移,这一过程由于颗粒的持续劣化而不断重复。在考虑颗粒破碎的堆石体不连续变形分析方法(SGDD)中,引入颗粒强度劣化模型反映颗粒强度随外界环境的持续劣化。应用该方法进行堆石料三轴流变数值试验,模拟结果与室内试验所观察到的规律一致,表明考虑流变效应的SGDD方法抓住堆石料流变的主要机理,适合模拟堆石料的流变变形这一复杂的、非线性演化问题。数值试验结果表明,堆石料随外界环境的劣化程度、劣化速率、母岩强度对宏观流变变形有较大影响。