单锚类土质边坡锚固预应力传递规律的研究

在前人理论上推导的基础上,进一步计算了类土质边坡单锚预应力自坡面向坡体内的传递范围,计算了坡体内不同位置处的预应力传递系数,分析得出单锚预应力自坡面向坡体内传递的扩散角为39°左右、合理锚间距为3.2 m左右。以G323改造工程K617段花岗岩风化形成的类土质边坡为原型进行了离心模型试验,在坡体模型内不同位置埋设土压力盒,通过测读土压力盒的读数,得出预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律。离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合,并得出了预应力传递系数与初始锚固预应力有关的结论,认为这主要是因为边坡岩土体产生塑性形变的结果。理论分析和离心模型试验均得出,锚固措施对近坡面处的浅层土体并无明显的加固作用,锚固边坡也必须进行坡面防护。     

单根无黏结预应力筋对加筋体力学性能的影响

采用缩尺模型试验研究了无黏结预应力加筋土技术中水平土压力的大小及分布对预应力加筋体力学性能的影响。试验采用钢砂模拟中砂,解决了缩尺模型相似比的问题。完成了两个工况的试验,一个普通加筋土工况,一个具有单根无黏结预应力筋的工况。对比分析表明：对无黏结预应力筋施加预拉力前加筋体的顶部沉降小于普通加筋体的顶部沉降,施加预拉力后却增加了顶部沉降,但在堆载后具有单根无黏结预应力筋的加筋体的竖向变形更小;随着预拉力的增加,与无黏结预应力筋相邻的玻纤格栅应变相应减小,在距离墙面板较近位置测点玻纤格栅的应变减小得尤为明显,而底部玻纤格栅应变逐渐增加,在距离墙面板较近位置测点增加得较为明显;在堆载过程中,无黏结预应力筋的预拉力保持不变,堆载完成后略有增加。     

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现：预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。     

Study of bond stress–slip relationship and radial dilation in prestressed concrete

This paper presents two test procedures for evaluating the bond stress–slip and the slip–radial dilation relationships when the prestressing force is transmitted by releasing the steel (wire or strand) in precast prestressed elements. The bond stress–slip relationship is obtained with short length specimens, to guarantee uniform bond stress, for three depths of the wire indentation (shallow, medium and deep). An analytical model for bond stress–slip relationship is proposed and compared with the experimental results. The model is also compared with the experimental results of other researchers. Since numerical models for studying bond‐splitting problems in prestressed concrete require experimental data about dilatancy angle (radial dilation), a test procedure is proposed to evaluate these parameters. The obtained values of the radial dilation are compared with the prior estimated by numerical modelling and good agreement is reached. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

黏弹性节理岩体的位移不连续模型研究

选用三参数标准线性固体作为岩石本构,提出了一种考虑岩体黏弹性的位移不连续模型;根据一维黏弹性波的特征线法,推导了节理处质点速度、应力和应变递推公式。首先,基于分离式霍普金森压杆（SHPB）对砂层进行试验,得到其应力-应变关系,并换算出砂层节理的法向刚度;接着,通过一维强间断黏弹性波的波速公式、高频波衰减系数以及任一频率下的衰减系数,确定出数值算法中的三参数。最后,基于自制的摆锤装置,探讨了一维应力波在节理岩体中的传播规律,试验中以两根长1 000 mm、直径为68.50 m的岩杆作为入射和透射杆,以3 mm砂层模拟节理。试验和数值结果吻合度良好,进一步验证了该方法的可靠性。     

无黏性土压缩模型及其验证

土体本构模型的建立往往需要以等向压缩模型为基础。通过对无黏性土等向压缩特性的分析,发现无黏性土等向压缩状态下压缩指数的大小与当前孔隙比和球应力密切相关,进而提出了以当前孔隙比和球应力为变量的可分离函数表示的压缩指数表达式。在此基础上得到一个可以描述无黏性土压缩特性的三参数压缩模型。与试验数据的对比表明,该模型能够较好地拟合不同初始孔隙比下无黏性土等向压缩试验的孔隙比-应力关系。与以极限压缩曲线为参考线建立的压缩模型相比,在拟合低应力区无黏性土的孔隙比-应力关系时,提出的新模型更具有实用性。新模型也可为无黏性土建立本构模型提供基础。     

动力触探杆长修正系数试验研究

动力触探是一种应用广泛的原位测试技术,其动探杆长最大可达到上百米,在实际应用中需要进行杆长修正,目前规范中关于动力触探杆长修正问题,给出了以牛顿弹性碰撞理论和弹性杆波动理论为基础的两种修正方法,依据两种理论得出的修正系数是截然不同的。动力触探试验成果应该如何进行杆长修正,是限制该方法应用的重大问题。针对动力触探杆长修正问题,提出了室内模型试验,并依据砂砾石和均质砂两种地基土进行不同杆长的重型动力触探模型试验,杆长分别为2.0、8.9、16.4、23.4、30.0、36.0 m。通过试验,得到重型动力触探杆长修正系数。分析认为,重型动力触探杆长修正规律符合牛顿弹性碰撞理论,且与地基土材料特性无关。     

基于有限差分原理的预应力锚索抗滑桩改进计算方法

针对现有预应力锚索抗滑桩计算模型及其相应计算理论存在的问题,基于有限差分法的原理,提出了改进的锚索桩计算模型并进行了详细的理论推导。根据实际的施工和受力过程,该模型包括预应力施加和滑坡推力作用两个阶段,通过滑坡推力分布形式的改进和桩锚协调变形方程的修正来真实反映预应力锚索抗滑桩的主动式受力特点。同时利用Matlab编制成相应的计算程序进行算例验证,并同目前普遍采用的计算理论进行对比分析。结果表明,该改进计算方法及其相应的计算程序充分考虑了预应力施加这一锚索桩特有的过程所带来的影响,且在计算中不必将锚索拉力等效为在桩顶处施加的剪力和弯矩。另外还可对桩前滑面以上存在任意厚度滑体和任意复杂地基条件的情况进行合理地设计计算,相对于目前已有的计算理论,该改进方法更加合理、可靠。     

复合土钉墙支护模型及在深大基坑工程中的应用

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构,将土钉与预应力锚杆结合形成复合土钉墙结构。根据土钉、预应力锚杆和土体的联合作用机理,提出钉-锚-土联合作用模型模拟复合土钉墙的支护锚固效应。将该力学模型用于指导设计一深大基坑支护工程,使基坑支护设计方案得到显著优化,确保了基坑开挖稳定和周边环境的安全,基坑支护获得圆满成功。     

锚固长度对锚杆受力影响分析及其临界值计算

基于锚固界面的一种非线性剪切滑移模型,采用荷载传递方法分析了锚固长度对锚杆受力特性的影响,建立了锚杆临界锚固长度的计算方法,并通过工程案例检验其可行性。结果表明：锚固长度较小时,锚杆荷载-位移曲线为承载力较小的单峰曲线;随着锚固长度的增加,逐渐衍生出一个平缓变化区段;锚固长度越小,界面剪应力分布越均匀,但整体承载力也越小;随着锚固长度增加,界面剪应力分布的不均匀特征逐渐明显,整体承载力也随之提高;锚固长度超过一定取值时,锚固界面软化荷载、抗拔荷载以及整体承载力均趋于定值,与锚固长度无关;计算得到的临界锚固长度与工程实际的锚固长度具有较好的一致性,验证了方法的可行性。     

预应力锚索格构梁作用下边坡土中应力分布的室内模型试验研究

预应力锚索格构梁由于其多方面的优点而在工程中得到了广泛的应用。但到目前为止，对预应力锚索格构梁的设计计算还没有提出一个合理的计算模型。本文针对现有计算模型对格梁底部地基反力的分布假设的不足，进行了预应力锚索格构梁的室内模型试验，并对格梁底部土体应力的实际分布情况进行了分析。分析结果显示，土中应力随锚索预应力的增大而增大，且格梁底部的基底反力并非成直线或线性变化，而是与所加锚索的位置有关，因此不能简单地将格构梁看成刚性梁。最后，就本模型试验所存在的不足对今后的研究方向提出了几点建议。     

预应力锚杆对岩体板裂化的控制机制研究

为探究预应力锚杆对岩体板裂化破坏的控制机制,首先进行了岩体板裂化破坏的室内物理模型试验,并运用FLAC数值模拟技术,模拟了平面应变状态下板裂化破坏的形成过程;在此基础上,通过3种不同的预应力锚杆施加方案,进行预应力锚杆对岩体板裂化破坏控制机制的数值试验。研究结果表明：预应力锚杆的作用削弱了裂隙尖端应力集中现象,有效地抑制了岩体内裂隙的扩展与贯通、板裂化破坏的形成;作用在板裂区边界的预应力锚杆,不仅能够抑制板裂化破坏的形成,而且能在一定程度上控制板裂化破坏的范围;作用在板裂破坏区内的预应力锚杆,可有效限制板裂岩体向临空面的位移,体现出提高板裂岩体整体变形刚度的作用。研究结果对认识深埋隧洞围岩板裂化破坏的形成机制、板裂化破坏的合理支护控制以及岩爆防治具有重要指导价值。     

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。     

预应力加筋垫层差异沉降控制性能试验研究

差异沉降是造成路面破坏、影响行车速度和引发交通事故的主要因素之一,加筋土技术作为经济性良好的治理措施被广泛应用。为研究预应力加筋土垫层在差异沉降下的变形规律和沉降控制性能,设计了加筋土垫层和预应力加筋土垫层差异沉降对比模型试验。通过对比试验揭示了预应力加筋土垫层对差异沉降控制的有益效果。试验发现:①预应力加筋垫层可以有效地降低差异沉降。②预应力加筋垫层有利于调节软硬路基交界面附近的“断崖式”差异沉降。③预应力加筋垫层对能量的耗散和传递能力更好。④附加应力从垫层传递到路基顶部时发生应力叠加,在该处呈现增大突变趋势。本文研究成果可为预应力加筋土结构在差异沉降频发路段的工程应用和控制性能研究提供借鉴和依据。     

预应力管桩抗震性能试验研究

为研究预应力管桩的抗震性能,采用振动台通过对管桩-土-上部结构模型在不同地震波作用下的试验,分析研究管桩桩身产生的应力、应变、弯矩及位移沿桩身的分布、最大弯矩产生的位置、桩与承台的受力及破坏特征,得出地震作用下管桩桩身弯矩最大值的产生位置为距离桩顶5～6倍桩径处, 在El-centro波、LWD波和正弦波工况下,桩-上部结构体系的加速度反应在高度上呈现“K”型分布等反应规律及特征。     

自由段先注浆对预应力锚索抗拔试验结果影响研究

为了解决无法采用已注浆锚索进行抗拔试验问题,基于界面脱黏剪切模型,利用荷载传递和弹性变形理论,考虑锚索锚固段与自由段长度比Lb /La的影响,建立了采用自由段已注浆锚索抗拔试验结果评价锚索抗拔性能的方法。结果表明：自由段注浆对锚索抗拔力有较大幅度的提高,尤其是当界面剪切阶段由弹性向脱黏过渡时,提高比例快速增加,并在脱黏后逐渐趋于稳定。其次,锚索自由段与锚固段交界面处剪切位移和轴力最大,并向两端逐渐降低。随着拉拔力的提高,界面剪切位移和轴力都不断增大,同时向锚索两端的衰减速度也加快。此外,弹性阶段时剪应力曲线为山峰型,而脱黏阶段为马鞍型,并随抗拔力的提高,马鞍开口逐渐扩大。最后,锚固段与自由段长度比Lb /La对锚索极限抗拔力的影响较小,其极限抗拔力折减系数?Q取值介于0.81～0.83之间,且Lb /La =2.5时,?Q计算值仅比实测结果小6.02%,验证了本文方法的可行性。     

框架锚固类土质边坡预应力传递规律的研究

将框架梁视为刚性梁,从而将锚索集中力转化为加在坡面上的矩形分布力,根据类土质边坡的工程特性,将边坡土体视为弹性体,推导了框架预应力锚索作用下坡体内任一点的预应力传递系数计算方法,得出了锚固预应力自坡面向坡体内的传递规律,并以G323改造工程某实际边坡为原型进行了离心模型试验,得出了预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律,离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合。研究表明,在分布力作用下,类土质边坡岩土体的塑性形变相对于集中力作用时减小很多,坡体更多表现为弹性体,预应力分布系数受预应力大小的影响减小。相对于无框架单锚,框架预应力锚索措施中,锚索引起的高压应力得以很好的分散,压力分布系数由0.90左右降到了0.40左右,压应力集中程度减小约56%,从而在很大程度上减小了边坡浅层土体的压缩变形,减少了预应力损失,有效地提高了锚固效果,锚间距可由单锚的3.2 m增大为4.2 m左右     

基于现场液化试验的饱和砂土孔压增量计算模型

采用现场液化试验,研究水平场地孔压增长模式,提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验,以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型,发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系,并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下,与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同,现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律,中间存在阈值;通过参数分析和试验实例验证,构建的孔压增量计算模型,可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。     

考虑颗粒破碎的冻结砂土非线性本构模型研究

颗粒破碎是粒状材料在高应力状态下的一种基本现象。为了研究冻结砂土中颗粒破碎对应力应变关系的影响,将冻结砂土视为复合颗粒材料,忽略冰的压融,考虑内摩擦角随应力状态的变化,构建一个适用于冻结砂土的考虑颗粒破碎的非线性本构模型。构建过程分为三步,首先是基于三轴剪切前后颗粒分析对冻结砂土颗粒破碎模式和产生机理进行探讨;其次是基于考虑颗粒破碎的能量平衡方程,对冻土在三轴剪切试验过程中的颗粒破碎耗能进行分析,结果表明颗粒破碎耗能随轴向应变呈双曲线变化趋势;最后应用考虑颗粒破碎的剪胀方程修正沈珠江三参数非线性模型中的体积切线模量ν_t,得到一个考虑颗粒破碎的非线性本构模型,模型参数可以通过单轴压缩试验和常规三轴试验确定。将原模型和修正后模型的计算结果与控制温度为-6℃,围压为1 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa和10 MPa时冻结砂土的试验结果进行对比,结果表明该模型能够较好的模拟冻结砂土从低围压到高围压的应变软化特征与剪胀特征。      

预应力群锚根状效应原位试验研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统预应力岩锚原位试验及模拟计算结果,分析了锚索的锚固长度、自由长度、锚固注浆压力以及锚注体与围岩界面结合程度对岩锚极限抗拔力的影响。比较了群锚与单锚作用下的岩锚本身及宿主介质的荷载、位移分布特征。群锚约束岩体向临空面变形,具有增韧止裂的根状效应,受埋深(自由长度)、间距、初始预应力、加载历史等影响。锚索的锚固长度控制着岩锚的极限承载力,而自由段长度控制着其在隧道式复合锚碇系统中参与荷载分担的贡献值和时机,自由段长度对有效传递和分散围岩应力有关键作用。指出群锚整体破坏形态存在传递多米诺效应。