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。     

有腹筋混凝土梁的剪切刚度分析模型

钢筋混凝土梁的挠度计算通常不计入剪切变形的贡献,然而对于斜向开裂的有腹筋混凝土梁,斜裂缝会显著降低梁体的有效剪切刚度,导致剪切变形值显著增大,因此在验算评估时应予以考虑.为评价钢筋混凝土梁斜向开裂后的有效剪切刚度,首先,基于变角桁架模型推导了钢筋混凝土梁在箍筋屈服状态下的有效剪切刚度;与弹性剪切刚度比较发现,剪切刚度退化系数的主要影响因素为材料弹模比、配箍率和斜压杆倾角.其次,基于试验剪切变形曲线表现出的刚度退化规律,提出了可用于不同开裂程度下剪切刚度计算的恒定切线刚度退化模式,并采用开裂后的剪力增量作为反映开裂程度的定量指标.最后,根据最小能量原理得到了剪切刚度退化中两个关键参数:斜压杆倾角和剪切刚度退化系数的解析公式.通过2根薄腹混凝土梁剪切变形试验以及收集的15个受剪梁段的剪切变形数据对模型有效性进行了验证,验证结果表明:有腹筋混凝土梁剪切刚度分析模型能较为准确地预测箍筋屈服状态的剪切刚度,并能反映不同开裂程度下的剪切刚度退化规律.     

新型让压锚杆作用机理研究

软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.     

理想弹塑性锚杆拉拔理论分析

假定拉拔时锚固体与周围岩土体之间的剪切位移荷载传递符合理想弹塑性模型,推导出锚杆抗拔力的解析算式．根据埋设于淤泥质土层中锚杆的拉拔破坏性试验数据,采用该公式计算锚杆抗拔力,并与实测值对比,两者较为吻合．     

陡倾滑面滑坡锯齿形抗滑桩力学性能研究

陡倾滑面滑坡推力竖向分力显著,基于滑坡推力水平假定与普通抗滑桩相互作用不充分这一问题,建立锯齿形抗滑桩结构。依据梯形分布滑坡推力的假设,推导了受荷段内力计算公式,采用Winkler弹性地基理论推导了锚固段内力计算公式,并开展锯齿形抗滑桩的力学性能研究。分析表明,(1)随着滑面倾角的增加,锯齿形抗滑桩的受荷段、锚固段的弯矩、剪力以及侧应力均减小,内力减小幅度随之增大;(2)滑面倾角在20°～40°时,随着滑面倾角的增加,锚固段的理论最小长度在逐渐增加,40°时锚固段的长度为4.2 m达到最大值,且该长度仅占整个桩长35%,远小于按现行规范取得的锚固段长度最大值(1/2总桩长),桩侧摩阻力就可以完全满足竖向力学平衡;(3)将锯齿形抗滑桩与普通抗滑桩内力对比,受荷段和锚固段的弯矩减小34%、剪力减小36%及桩侧应力减小幅度大于30%,力学性能良好。     

边坡预应力锚杆蠕变的数值分析

运用非线性蠕变分析理论模型,采用MSC.MARC软件重点研究了锚杆的应力指数、蠕变系数和几何参数的变化对于锚杆应力松弛的影响.通过对预应力锚杆支护的边坡进行数值分析,探讨了锚杆的蠕变规律以及锚杆预应力松弛现象.锚杆的参数取不同数值时,比较数值模拟结果发现:锚杆的轴力和剪力主要分布在锚固段的前端;随着锚杆应力指数及蠕变系数的增加,蠕变应变增大,应力松弛加快.     

对光滑结构面所具特性的一些新认识

本文采用剪切试验装置，探讨了复剪、反复加卸剪应力、含水率、正应力和岩性对光滑结构面力学特性的影响，得出了初剪与复剪时、水饱合状态下与干燥状态下的光滑结构面抗剪强度都具有峰值转换性，复杂加载比简单加载的抗剪强度大。所得结论对于进一步认识岩体结构面的基本力学特性有重要作用．     

注浆锚杆中扭转导波的传播特性

理论研究了扭转导波在注浆锚杆中的传播特性。首先建立了注浆锚杆两层复合结构中的扭转导波的频散方程,之后数值计算得到了扭转导波的能量速度、衰减频散曲线及导波在注浆锚杆中的位移分布情况。结果表明,(1)500kHz范围内,注浆锚杆中具有三种扭转导波模态T(0,1)~T(0,3),三种模态均具有频散性。随着频率逐渐增大,导波的能量速度逐渐增大,而衰减值逐渐减小。(2)50kHz和200kHz的T(0,1)模态扭转导波在锚杆体内的周向位移值较大,所以对锚杆体表面的轴向缺陷敏感,而导波在锚杆与注浆体接触面上的周向位移较大,从锚杆泄漏至注浆体中的能量较大,导波衰减较严重。(3)频率高于100kHz,锚杆直径的变化对T(0,1)模态的能量速度几乎无影响,而频率低于100kHz,注浆体弹性模量越大,T(0,1)模态的能量速度越小。     

箱梁剪滞翘曲位移函数的定义及其应用

提出了箱梁剪力滞效应计算中翘曲位移函数定义的新方法。由竖向弯曲荷载下箱梁截面的剪力流分布规律,定义符合箱梁各翼板剪切变形规律的剪力滞翘曲位移函数,该定义方法与箱梁剪力滞效应的力学定义完全吻合。通过对顶、底板具有不同厚度和内、外顶板具有不同宽度两种情况下的算例筒支粱在跨中集中力作用下的剪力滞效应对比分析,验证了基于剪切变形规律的剪滞翘曲位移函数对于箱梁剪力滞效应分析的精度和适用性。     

斜靠式拱桥结构侧倾失稳分析的Ritz法

采用Ritz法,首次推导了主拱肋拱脚铰接、稳定拱肋拱脚固接边界条件下,斜靠式拱桥的侧倾失稳临界荷载系数的计算公式,并通过有限元法验证了该计算公式的正确性.进一步分析了稳定拱肋弯曲变形能和扭转变形能、主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向弯曲变形能及吊杆非保向力位势和桥面系侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响.研究结果表明:稳定拱肋的侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr有一定的影响,而扭转变形对侧倾失稳临界荷载系数λcr影响甚微;若忽略横撑的所有变形能,侧倾失稳临界荷载系数λcr降低65％～83％,即横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响非常显著;随着稳定拱肋倾角的增加,侧倾失稳临界荷载系数λcr呈增大趋势,且增设稳定拱肋对提高斜靠式拱桥的侧向稳定性大有帮助.     

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。     

双肋式T形梁力学性能的理论分析

以能量变分原理为基础,考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素,建立了双肋式T形梁广义位移的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义位移的闭合解.进而以算例为基础讨论了自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素对双肋式T形梁正应力和挠度的贡献.解析解与有限元数值解吻合更好,说明了本文方法的有效性.     

无腹筋RC悬臂梁抗剪强度及尺寸效应理论研究

不同于混凝土材料,钢筋混凝土(RC)构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料尺寸效应理论难以描述构件的尺寸效应行为。我国相关规范中并没有系统考虑构件尺寸及纵筋率对RC梁抗剪承载力的影响。为研究剪跨比及纵筋率对无腹筋RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响,采用三维细观数值模拟方法,建立了RC梁剪切破坏力学分析模型,研究了剪跨比及纵筋率对RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明,RC梁抗剪强度表现出极为显著的尺寸效应现象;RC梁抗剪强度随剪跨比的增大而减小,随纵筋率的增大而增大;剪跨比较小时,纵筋率对抗剪强度的影响尤为显著。此外,基于Ba■ant材料层次尺寸效应律,提出了考虑剪跨比及纵筋率影响的RC梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比试验结果,验证了所提公式的准确性与合理性。     

颗粒材料剪切流动状态转变的环剪试验研究

颗粒材料的剪切流动行为广泛地存在于滑坡、泥石流等自然灾害以及矿物原料传输、泵送等工业过程中.颗粒材料在不同体积分数、剪切速率和应力约束下会表现出不同的流动状态并发生相互转化.对颗粒材料在剪切流动过程中力学特性的研究有助于加深理解其发生不同流动状态的内在机理,为解决相应的颗粒材料问题提供理论依据.为此,本文研制了颗粒材料剪切流动的中型环剪仪,并对颗粒材料在不同法向约束应力和剪切速率下的剪切应力和体积膨胀率进行了测试.结果表明,剪切应力和体积膨胀率均随剪切速率的增大而增大,但增长速率在临界剪切速率处发生转变,使其随剪切速率的平方呈分段式线性增长.通过对颗粒材料在不同剪切速率和惯性数下有效摩擦系数变化趋势的分析,讨论了颗粒材料由慢速流向快速流转化的基本规律,以及在临界剪切速率处发生流动状态转化的内在条件.此外,通过对不同法向应力下临界剪切速率以及快速流动下运动规律的测试,发现临界剪切速率随法向应力的增加而减小,即法向应力可促进颗粒材料由慢速流向快速流的转化,但在快速流动状态下的有效摩擦系数对法向应力不敏感.以上对颗粒材料在不同剪切速率、法向应力下流动状态的环剪试验研究有助于揭示其发生不同流动状态转化的内在机理.      

聚丙烯纤维加筋绍兴非饱和黏土的剪切特性研究

为了研究纤维加筋非饱和土的剪切特性,以绍兴地区广泛分布的非饱和黏土为研究对象,聚丙烯纤维为加筋材料,通过一系列非饱和直剪试验,探讨了纤维长度对加筋土剪切变形特性、抗剪强度及其指标的影响规律,并简要分析了聚丙烯纤维的增强机理,最后得出了0.2%掺量下补强效果最佳的纤维长度．研究结果表明：随着净法向应力的增大,土体的剪应力-剪切位移曲线由软化型逐渐向硬化型转化,纤维长度L为12 mm的加筋土样表现出的剪切硬化特性最明显;不同净法向应力下,纤维加筋非饱和土的抗剪强度均高于素土;随着纤维长度的增加,纤维加筋土的黏聚力呈先增加后减小,内摩擦角先增加后趋于平缓;当纤维长度L为12 mm时,聚丙烯纤维对土体抗剪强度指标的补强效果能够最大程度得到发挥．     

线性变厚度圆锥壳扭转振动的弹性力学理论解

本文给出线性变厚度圆锥壳轴对称扭转振动的弹性力学理论解,探讨壳体的无剪扭振和剪切扭振,揭示了圆锥壳在厚度方向剪切、母线方向扭转的耦合振动特性。这些性质用经典壳理论是无法反映的。文末算例用许多数据表和曲线图描述变厚度圆锥壳的周有频率和振型。     

热带雨林地区乔木树根力学性能试验研究

针对海南地区四类热带乔木树根进行室内抗拉、抗剪力学性能的研究;结合根簇形态特征,对四类树种单根力学性能进行分析。研究结果表明:随着根径增加,四类树种单根抗拉力明显增加,而单根抗拉强度则呈降低趋势;随根径的增加,树根抗剪力逐渐增加,单根抗剪强度则逐渐减小;树根在根系中的生长方向和分布密度对树根的力学性质产生影响,竖直向下生长的主根主要提供抗剪强度及抗拉强度,而与主根簇中主根夹角越大的树种,其侧根所提供的抗剪强度相应越小;结合边坡工程对植被的要求,认为小叶榄仁及凤凰木的各方面力学特征优于同试验的其它树种,表现出更好的工程适用性。     

锚杆拉拔力学作用机制的DDA方法模拟研究

为研究锚杆拉拔实验中锚杆与岩体间的力学作用过程和机制,在非连续变形分析(discontinuous deformation analysis, DDA)方法中实现锚杆-岩体界面耦合作用算法,采用多线性黏结滑移界面模型模拟锚杆的滑移脱黏,并针对锚杆拉拔力作用节点和脱黏节点提出专门算法。通过模拟结果与实验结果的对比,对文献中的三线性和四线性黏结滑移界面模型进行参数修正,并验证所提锚杆-岩体界面耦合作用算法的正确性和适用性。通过基于修正参数的多线性黏结滑移界面模型的锚杆拉拔DDA模拟,研究了锚杆的拉拔力-拉拔位移关系,以及不同拉拔力条件下锚杆-岩体界面切应力和锚杆轴力的分布与变化规律,并探讨了锚杆弹性模量对锚杆拉拔力学响应的影响。锚杆-岩体界面耦合作用算法的实现,也为岩体锚固的DDA模拟分析创造了条件。     

钢筋混凝土梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型

综合考虑剪跨比、混凝土强度、配筋率和配箍率等重要因素的影响,研究建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型。首先,基于修正压力场理论,建立了RC梁临界斜裂缝倾角的确定性计算模型;然后,引入剪跨比修正系数,并综合考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法(MCMC),建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型;最后,通过与试验数据和传统确定性计算模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。分析结果表明,随着剪跨比的增大,RC梁的临界斜裂缝倾角逐渐减小;临界斜裂缝倾角的试验测试值的范围为23°~41°,具有显著的离散性;本文概率模型不仅可以合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性,而且可以校准传统确定性计算模型的计算精度和置信水平,以及根据预定的置信水平确定临界斜裂缝倾角的概率特征值,具有良好的计算精度和适用性。     

矩形箱梁力学性能分析的修正计算方法

本文对矩形箱梁翼板设置了不同的剪滞翘曲位移差函数,继而综合考虑剪力滞效应、剪切变形以及剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件等因素,且以能量变分原理为基础建立了矩形箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,基于此修正了现行薄壁结构分析方法。与传统剪滞理论相比,本文方法深刻反映了矩形箱梁的力学特性。研究表明,(1)由于剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件的引入,矩形箱梁力学性能分解为独立的初等梁理论和剪滞理论体系,且箱梁力学性能为两者的叠加效应;(2)矩形箱梁断面尺寸确定,剪滞效应对其正应力的影响值不变,即剪滞效应的竖向力学行为与箱梁跨径无关;(3)尽管矩形箱梁的梁高对箱形梁剪滞翘曲应力和初等梁理论的应力值皆有一定影响,但其剪力滞系数不变,因此剪力滞效应与梁高无关;(4)剪力滞效应不仅影响箱梁翼板力学性能,而且对其腹板力学行为的影响不可忽视。因而,与传统剪滞理论相比,本文修正法不仅计算精度明显提高,而且更能真实反映矩形箱梁的力学性能。