不同龄期砂浆全长黏结锚杆中应力波传播的试验研究

利用激振锤冲击锚杆激发应力波,研究不同龄期砂浆全长黏结锚杆中的应力波传播规律。基于应力波在全长锚固锚杆中的传播试验,测得速度和幅值随着锚固剂养护龄期增长而衰减,养护龄期14d内,波速和幅值衰减程度急剧下降,在3d时达到最大,14d后波速和幅值衰减程度维持稳定。由不同龄期条件下的应力波频谱分析可知,随着养护龄期的增长,同一波形中能量占比的变化趋势保持不变,但是高频谐波所占能量的比例增大;能量占比曲线交叉点向低频移动,总能量衰减趋于稳定。在拉拔过程中,随着拉拔力的增大,锚固系统中应力波波速略有上升,应力波幅值衰减程度减小,各谐波幅值差异值也随之减小。基于应力波在含缺陷锚固锚杆中传播的试验,发现应力波波速和幅值的衰减幅度可以用于评价锚固效果,进而用于评估锚固施工质量。     

压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究

利用弹性力学理论分别计算了锚固体因轴向压缩导致径向膨胀而产生的径向应变以及锚孔因锚固体挤压周围岩体产生的径向应变。根据锚固体与周围岩土体变形协调假定,导出了压力型锚杆锚固段径向应力、轴向应力、剪应力分布的理论解,并对压力型锚杆足尺模型进行了试验。结果表明：锚固体轴向应变实测值与理论计算值比较吻合,验证了理论解的可靠性。基于上述理论解确定了有效锚固长度,分析了岩土体弹性模量与注浆换算弹性模量比值E/Ea、锚固力F、抗剪强度指标c、φ等岩土体力学参数对有效锚固长度的影响。结果表明：E/Ea值和c、φ值越小、F值越大,所需有效锚固长度越大。     

全长锚固锚杆锚固单元力学性能实验研究

锚固单元的传力特性是影响全长锚固锚杆支护能力的重要因素。由于锚固单元界面构成复杂,本文主要考虑锚杆与粘结材料及其界面的力学特性,开展锚固单元界面剪切力学实验研究。实验结果表明,砂浆强度直接影响界面的峰值强度和剪切刚度;采用相同强度砂浆,界面的峰值强度、剪切刚度和残余剪切强度都与法向应力成正比;在相同法向应力作用下,剪切速率增加引起峰值剪切强度增大,但对残余剪切强度影响较小。依据实验剪切应力–位移曲线将锚固单元与岩石间界面的解耦过程分为“峰前–软化–滑移”三阶段,非连续变形分析方法数值模拟结果表明,加载初期的损伤主要受粘结材料抗拉强度的影响,临近峰值阶段与粘结材料张剪混合破裂相关;软化阶段和滑移阶段主要受粘结材料剪切特性和颗粒形状的影响;引入实验所获得的三线滑移模型曲线到全长锚固锚杆模型,模拟拔出数值实验结果表明较快拔出速率将影响锚杆变形能力。

     

危岩锚固工程锚杆数量计算方法研究

危岩锚固工程设计的关键是合理确定所需锚杆数量.本文构建了压剪破坏型危岩和拉剪破坏型危岩的锚固计算模型,根据静力平衡关系给出了压剪破坏型危岩的锚固荷载计算方法,根据力矩平衡关系给出了拉剪破坏型危岩锚固荷载计算方法;由锚固荷载和单根锚杆承载力,得到了危岩的锚固工程所需锚杆数的计算式.实例分析表明该方法具有良好的可操作性,该研究成果已被中国地质灾害防治工程行业协会正在组织编撰的《地质灾害防治指南》采纳,对于有效防治危岩灾害具有积极意义.     

基于流变理论的压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究

基于荷载传递法,采用西原模型,建立了考虑锚固界面剪切流变特性的压力型锚杆荷载传递函数的微分方程;推导了压力型锚杆锚固体周围岩土体全部处于弹性时、局部处于塑性时和局部处于滑移时,考虑锚固界面流变的锚固界面位移和锚固体轴力分别与位置、时间的关系式;最后,通过拉拔蠕变试验对理论解进行了试验验证。对比分析表明,在P为40kN、100kN、120kN的不同拉拔力作用下,不同位置、不同时刻锚固体轴力的实测值与理论值均吻合较好。反映出推导的理论公式的正确性和适用性。     

基于ANN 的碳纤维楠竹锚杆锚固力预测研究

为减小对文物本体的破坏,本文基于新疆某土遗址加固保护中碳纤维楠竹锚杆锚固力原位测试试验,考虑锚杆直径、长度、倾斜角以及灌浆体强度、孔径、碳纤维缠绕间距等锚固力影响因素,利用人工神经网络(artificial neural network, ANN) 的误差反向传播(back propagation, BP) 算法及MATLAB 人工神经网络工具箱,建立了锚固力预测的智能模型;并以原位测试所得的数据为学习样本和检验样本,验证了该方法的适用性和可行性. 将训练好的网络模型进行扩展计算,基于L₂₅(5⁶) 正交表试验理论分析了锚固力对各影响因素的敏感性,为同类加固工程的实际应用提供参考依据.     

爆炸作用下锚固洞室的振动速度分布规律及锚杆参数的影响

基于模型实验,利用数值分析方法研究了爆炸作用下锚固洞室的振动速度分布规律,探讨了锚杆间距与长度对振动速度的影响.结果 表明:在顶爆作用下,锚杆加固前后地下洞室拱顶、拱脚、侧墙、拱底振动速度峰值依次减小,锚杆能够起到减小振动速度的效果;集中装药爆炸后应力波以球形向四周传播,在应力波与地下洞室作用之前,振动速度的方向沿着径...     

剪切方向与锚杆倾向垂直条件下锚杆的锚固机制研究

为了探究剪切方向与锚杆倾向垂直条件下锚杆的锚固机制,基于经典梁理论,假定锚杆受\"拉-剪\"联合作用,锚杆受压侧岩体作用反力沿锚杆方向呈抛物线分布,建立了剪切方向与锚杆倾向垂直的力学分析模型.综合考虑锚杆的轴向变形、挠曲变形、位移变分、变形协调关系以及临界锚固状态,得出了锚杆抗剪力计算公式.分析了锚杆产生扭转变形的原因,通过公式推导得出了相对扭转角与锚杆倾角的关系式以及临界锚固状态时扭矩的表达式.通过直剪试验验证了力学分析模型的可行性,并分析了锚杆内力对锚固效应的贡献.结果表明:试验实测抗剪力符合锚杆抗剪力计算公式,锚杆剪切变形与力学模型吻合较好且存在扭转变形;锚杆倾角越大,抗剪效果越好;锚杆抗剪力主要来自剪力的贡献,随着锚杆倾角的增大,轴力对抗剪的贡献比逐渐增大,剪力对抗剪的贡献比逐渐减小.     

夯筑遗址加固中楠竹锚杆应力分布变化规律研究

针对西北地区夯筑土遗址楠竹锚固体系,本文在对锚固体中杆体、土体和注浆体的材料性能试验基础上,研究荷载、锚固长度、锚杆直径、孔径、注浆体配比、碳纤维加肋和倾角等因素对楠竹锚杆锚固性能及应力分布规律的影响,同时对荷载、锚固长度和锚杆直径变化状况下的应力分布特征进行数值模拟分析.结果表明:锚杆受力过程中,应力沿杆体分布不均匀;随着锚固长度的增加,应力分布趋于均匀化,而应力峰值沿锚固深度向底端扩展的速度较慢;随着杆体直径和孔径的增加,锚固体应力趋于均匀化,使锚固系统更趋合理化;注浆体强度对应力分布的影响反之;碳纤维加肋可有效提高锚杆的抗劈裂性及锚固力,但会使应力分布更集中化;锚杆布置角度以10°为宜.采用接触单元,模拟杆体与注浆体、注浆体与土体界面间的黏结、咬合效应,不同工况下应力的分布规律、极值大小等参数均与原位试验结果吻合度较好,后期计算分析与研究可予以借鉴.     

多层圆柱体锚固结构中超声导波频散特征的研究

超声导波无损检测技术因其高效和快捷的优点成为检测锚杆锚固质量的有效方法。但锚固锚杆结构中超声导波的多模态性、频散性与能量泄露导致完整的锚杆底端反射信号的获得具有不确定性。应用弹性动力学理论并采用全局矩阵法建立超声导波在多层圆柱体锚固结构中的频散方程的通用表达式,然后通过非线性外推法和二分法两步算法求解频散方程的精确解,解决了频散曲线的分类和相交等难题,获得了具有自主知识产权的求解多层圆柱体锚固结构频散曲线的程序。利用该程序计算了不同锚固锚杆结构的频散曲线,并与商用软件Disperse计算的结果吻合较好。同时用本程序计算了实验室有限锚固结构中的频散曲线,验证了低频导波在有限与无限结构中的巨大差异,而这一结构特征的频散特性Disperse并未给出相关算例。     

工字形薄壁梁翼缘弯曲切应力的进一步分析1)

本文通过梁相邻两横截面间轴向的平衡条件,进一步推导了工字形薄壁梁翼缘与腹板交接区域垂直于剪力的切应力和翼缘上平行于剪力的切应力计算公式。结果表明,所得公式完全满足横截面对称性条件和应力边界条件。在此基础上,绘制了工字形薄壁梁横截面上新的切应力分布图。本文的研究成果可作为学生全面学习工字形薄壁梁上弯曲切应力的重要补充。     

FRP筋锚杆拉拔试验剪切刚度变化及损伤力学模型1)

为了研究纤维增强塑料(fiber reinforced plastic,FRP)筋锚杆锚浆界面剪切刚度的变化规律,对多组试验数据的剪切刚度进行计算分析拟合,得到FRP筋锚杆锚浆界面剪切刚度随剪切位移呈指数衰减的变化规律。结合损伤力学理论,基于等效应变假定,分别建立基于Weibull和幂函数分布的剪应力与剪切位移模型,与拟合得出的规律对比,结果表明：基于拟合得出的规律以及Weibull概率分布所建立的模型与试验数据较为吻合,FRP筋锚杆锚浆界面剪切刚度的劣化规律随着剪切位移增大呈指数形式,并在此基础上进行了锚杆的传力分析。     

三类锚杆受拉作用解析解的统一表达式

利用点荷载作用于半无限空间的Mindlin位移解,根据位移协调条件得出内锚式锚杆受拉作用的解析解,然后推导出全长粘结锚杆、压力型锚杆的解析解,建立了这3类锚杆受拉作用解析解的统一表达式. 利用所求得的解析解,研究了锚杆类型、土体弹性模量、锚杆孔径对锚杆应力分布的影响. 结果表明：(1) 3类锚杆的剪应力都是单峰值的曲线;(2)土体弹性模量增大,则锚杆剪应力峰值增大,但分布范围减小;(3)锚杆孔径增大,则锚杆剪应力峰值减小,但对其分布范围几乎没有影响.     

含局部焊接细节的钢桁架结构静动力响应实验研究

从考虑损伤的结构有限元模拟的研究需要出发,对考虑焊连接细节构造的钢桁架结构试样进行了结构动力特性及特定载荷下的静力响应实验研究。文中给出了对试样结构进行动力特性测试和结构整体与局部应力分布状态的测试结果及其分析,并将有限元计算的结果与测试结果进行了对比分析。研究结果表明：结构动力特性的计算结果和测试值比较接近,存在的误差主要来自于边界条件的不确定性和可能的材料不均匀性;边界约束的形式对结构名义应力的分布有明显的影响,但对于焊接细节处的热点应力分布的影响很小。实验中所关注部位的热点应力在均布载荷作用下随载荷级别的提高,应力值由下翼缘的中间向两边增大,在焊缝附近有应力突变。     

Composite specimen bearing failure reduction in iosipescu shear tests

ASTM losipescu sheart test fixtures often crush the loaded edges of high shear strength specimens before shear failure occurs between the notches. To alleviate this problem, two new shear test fixtures were designed and built. The first uses a pivoting load surface to track the specimen shape as it changes under load. The second uses a rounded load surface optimized to produce a uniform bearing pressure along the loaded edge of a quasi-isotropic sheet-molding compound (SMC) specimen at shear failure. Finite element analyses and strain gage data are presented that describe the behavior of the baseline ASTM, pivoting load surface and rounded load surface fixtures. A substantial reduction in bearing stress and edge crushing was obtained with the rounded load surface fixture. Additionally, the modified surface optimized to test SMC specimens showed no tendency to change the shear strength measured in other composite specimens.     

煤矿采空区公路路基沉陷病害的治理技术

结合公路路基的物探检测结果和公路沉陷病害现状,并考虑实际施工的可行性等因素,介绍了深层明挖法处治、浅层明挖后基底强夯法处治、注浆处治和暂不处治等处治措施,供同行参考。     

复注及多孔注浆理论研究

针对柱面注浆方式,研究了有关渗透注浆的单孔复注及不同方式布孔时多孔注浆的相互影响等问题,推导出一些有价值的岩体注浆理论公式,可用于指导现场注浆工程的设计与施工．     

切口类型变化对复合材料双切口层间剪切强度的影响规律研究

利用三维有限元模型和试验对复合材料双切口试件层间剪切强度进行了研究,通过改变双切口试件的切口类型(标准双切口、半V型切口和V型切口),对比分析切口类型变化对试件剪切面应力水平、破坏模式和剪切强度的影响,对侧面夹具为Hopkinson金属棒的半V型切口试件剪切面应力水平进行了分析。结果表明,三种切口类型的试验都不是单纯、均匀的剪切强度试验:标准双切口(DNS)试件剪切面剪应力分布不均匀,横向压应力较大,它仅能得到复合材料的表观层间剪切强度;半V型切口(0.5DVS)试件剪切面剪应力分布最不均匀,横向压应力较小,所得剪切强度偏小;V型切口(DVS)试件剪切面剪应力分布最均匀,但横向压应力较大。DNS试件和0.5DVS试件破坏模式为单纯剪切破坏,两者所测剪切强度离散性相对较小,而DVS试件破坏时初始失效点不在剪切面上,存在二次失效,所测剪切强度离散性较大。综上所述,DNS试件最适合静态层间剪切强度测试。与含Hopkinson金属棒的试件相比,改变切口类型的试件之所以不能改善剪切面的应力水平,是由输入输出区刚度偏小造成的。     

不同索网加劲的气承式膜结构受力特性研究

气承式膜结构是典型的柔性结构,具有较强的非线性,通过铺设索网以保证其具有足够的刚度和稳定性。本文首先通过缩尺试验对设有不同索网的气承式膜结构进行不同内压下的试验研究,得到了内压的变化对索力值大小的影响和变化规律;其次,采用Ansys软件建立与试验相同的模型,结果对比分析验证了数值模拟方法的准确性;最后,建立实际工程模型,研究了不同内压和矢跨比条件下结构膜面位移和应力分布,确定结构存在合理的矢跨比,并进行了两种索网布置下结构在不同内压下最大应力和位移的对比分析。研究表明,斜交索网有效约束了结构的位移并改善了膜面的受力性能,该结果能为今后相关的工程设计提供参考依据。     

饱和粉细砂层变形对锚索预应力影响规律研究

土层变形是造成预应力值波动甚至失效的重要原因. 利用载荷位移传递函数,基于弹性理论建立了饱和粉细砂层变形过程中锚索受力模型,通过实例研究了锚索预应力值在施工过程中的变化规律及锚固体在地层变形中的受力特性,结果表明锚固体接触面剪切刚度,锚索倾斜角度以及锚固体直径都是影响锚固体内力及接触面剪切应力的重要因素,为类似的预应力锚索支护工程的设计施工提供经验.