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基于能量法的锚杆失效模糊判别方法研究

岩土工程学报 2013年第8期35卷 1435-1441页

作者：刘红军李洪江海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

从能量角度出发,在理想弹塑性土体模型下建立了拉力型锚杆的势能方程,在最小势能约束条件下推导出了锚杆拉拔荷载与锚固体长度的关系解析解,证明了锚杆极限锚固长度的存在,获得了不同土质环境下锚固长度的取值规律及其影响因素。引入模... 详细信息

从能量角度出发,在理想弹塑性土体模型下建立了拉力型锚杆的势能方程,在最小势能约束条件下推导出了锚杆拉拔荷载与锚固体长度的关系解析解,证明了锚杆极限锚固长度的存在,获得了不同土质环境下锚固长度的取值规律及其影响因素。引入模糊理论原理构建了锚杆失效的能量法模糊判别模型,并对模型中的失效隶属函数和临界模糊区间作了具体分析。通过算例,将本文方法与工程实际进行对比,结果表明:本文的计算模型可行有效,能量法模糊判别不仅能对锚杆可靠度做较合理分析,并能对大多数锚杆破坏失效的案例作出解释。

关键词：锚杆失效模糊判别最小势能极限锚固长度可靠度

锚杆失效对框架锚杆加固边坡稳定性可靠度影响分析

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锚杆失效对框架锚杆加固边坡稳定性可靠度影响分析

作者：丁盛环兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来无论是地下空间的发展还是道路的建设都会出现边坡工程,而且我国地震频发,因此边坡稳定性问题备受关注。框架预应力锚杆支护结构不但施工方便而且安全可靠,在实际工程中广为使用。国内外大量的学者对其进行了研究分析,但是目前对... 详细信息

近年来无论是地下空间的发展还是道路的建设都会出现边坡工程,而且我国地震频发,因此边坡稳定性问题备受关注。框架预应力锚杆支护结构不但施工方便而且安全可靠,在实际工程中广为使用。国内外大量的学者对其进行了研究分析,但是目前对框架预应力锚杆支护结构进行稳定性分析时常采用定值法,没有考虑土体参数变异性,也没有考虑地震的不确定性,导致在工程中用安全系数法计算出来的结果是安全的,但实际中边坡却发生了破坏。如果将可靠度理论引入框架预应力锚杆支护结构的设计,将参数的随机性考虑进去,则计算结果更加准确,减少破坏的发生。目前,锚杆失效对框架预应力锚杆支护结构地震稳定性的研究还严重不足,本文在现有研究的基础上,主要的研究工作为:(1)基于框架预应力锚杆锚固作用机理,研究了锚杆的失效特点及主要失效模式,分析了影响框架预应力锚杆支护结构可靠度的随机变量。(2)基于可靠度理论,建立了单根锚杆失效功能函数以及单根锚杆失效后边坡内部稳定性功能函数,借助具体工程实例,用验算点法计算了单根锚杆失效时加固边坡的可靠指标,并利用蒙特卡洛法编制MATLAB程序。对工程实例进行模拟分析,将模拟结果与理论计算结果进行对比,结果显示两者变化规律一致,数值相差较小。(3)以具体的工程实例为背景,利用有限元软件GeoStudio 2012模拟分析了地震作用下单根锚杆失效对边坡稳定性的影响以及地震加速度对边坡稳定性可靠度的影响。对比分析了在地震作用下,单根锚杆失效时其余锚杆的轴力增加值与边坡土体的位移增加值。结果表明,锚杆失效对边坡稳定性有非常显著的不利影响,在边坡支护设计中,不仅要考虑不确定性因素的影响,更要对关键部位的锚杆进行特殊设计。(4)研究了土体物理参数(重度?、黏聚力c、内摩擦角?)变异性单一变量以及组合双变量对边坡可靠指标的影响,并且比较了土体物理参数对边坡可靠指标影响的大小顺序,结果表明:单一变量变化时?的变异系数对边坡可靠指标的影响最大,组合双变量变化时,内摩擦角?的变异系数和重度?的变异系数同时变化时对边坡可靠度的影响最大。

关键词：框架预应力锚杆锚杆失效可靠度土体参数变异性边坡

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板肋式锚杆挡土墙稳定性分析及锚杆失效研究

板肋式锚杆挡土墙稳定性分析及锚杆失效研究

作者：徐志纯成都理工大学

学位级别：硕士

板肋式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱、锚杆组成的柔性挡土墙结构,适用于不同边坡高度的支护,目前广泛应用在地基承载力不足,开挖受限,施工空间有限等岩土工程中。为保证加固边坡的安全性,板肋式锚杆挡土墙的整体稳定性至关重要。现有研... 详细信息

板肋式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱、锚杆组成的柔性挡土墙结构,适用于不同边坡高度的支护,目前广泛应用在地基承载力不足,开挖受限,施工空间有限等岩土工程中。为保证加固边坡的安全性,板肋式锚杆挡土墙的整体稳定性至关重要。现有研究主要关注板肋式锚杆挡土墙中锚杆承载能力和锚固方式,对挡土墙的整体稳定性方面研究不足。分析服役过程中挡土墙各构件的受力和变形,并进一步考虑锚杆失效对板肋式锚杆挡土墙的影响,对板肋式锚杆挡土墙稳定性做出综合评价就具有现实的理论意义和实用价值。本文以重庆市万州区翠屏大道支路段板肋式锚杆挡土墙为研究对象,首先对板肋式锚杆挡土墙的理论计算方法进行说明,然后介绍项目的工程概况及ZK0+420～ZK0+520段挡土墙的设计方案,对板肋式锚杆挡土墙的土压力和锚杆、肋柱、挡土板的内力进行计算,并验算锚杆抗拔力、地基容许承载力、板肋式锚杆挡土墙的抗滑移和抗倾覆稳定性系数,将理论计算结果与相关软件计算结果对比,验证挡土墙土压力及构件内力计算的合理性。接着应用有限元软件对挡土墙代表性区段建立三维模拟模型,以自动平衡和ODB导入相结合的方法进行地应力平衡后,计算挡土墙上土压力及构件内力。有限元模拟结果显示,锚杆最大轴力点出现在岩土分层面上;有限元计算的土压力值与计算软件结果相差不大,理论计算得到的主动土压力约为有限元的1.12倍。进一步考虑板肋式锚杆挡土墙服役中,挡土墙后土体参数变化对挡土墙稳定性的影响,得到土体粘聚力和内摩擦角减小、土体重度增大,使挡土墙上土压力增大、锚杆的轴力在土体段呈平行增加的变化规律。其中,土体重度增加使挡土墙上部受到的水平位移增大,有绕嵌固点转动发生倾覆破坏的趋势,且重度增加到1.3g时锚杆最大轴力点出现在墙土接触面上。最后,分析挡土墙上不同位置单根锚杆失效及群锚失效导致剩余锚杆轴力变化的趋势及挡土墙受力变形,探索锚杆失效后板肋式锚杆挡土墙的荷载转移规律。结果表明,锚杆失效后肋柱转移不平衡荷载,使相邻锚杆轴力提升,远离的锚杆出现减载现象,且同肋柱上的相邻锚杆首先分担不平衡力,较相邻肋柱上的邻近锚杆轴力变化大;在挡土墙上,边缘肋柱上锚杆失效较中间肋柱危险;单锚失效工况中剩余锚杆最大轴力值增加7.7%,两根锚杆失效最大增加7.4%,三根锚杆失效最大增加7.8%。研究结果可为板肋式锚杆挡土墙加固设计提供理论依据,对板肋式锚杆挡土墙的进一步广泛应用具有实用价值。

关键词：板肋式锚杆挡土墙稳定性土压力有限元锚杆失效

基于模型试验粘结式锚杆锚固机理及锚杆失效对边坡影响研究

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基于模型试验粘结式锚杆锚固机理及锚杆失效对边坡影响研究

作者：李政洋贵州大学

学位级别：硕士

锚固支护结构以其经济高效、便捷稳定及使用灵活等优点在各类工程中得到了广泛应用。但由于自然环境的复杂性和不确定性,造成锚固系统损伤甚至导致失效的因素很多,在现实工程中能经常发现各种工程失稳造成的事故,给国民的生命安全和财... 详细信息

锚固支护结构以其经济高效、便捷稳定及使用灵活等优点在各类工程中得到了广泛应用。但由于自然环境的复杂性和不确定性,造成锚固系统损伤甚至导致失效的因素很多,在现实工程中能经常发现各种工程失稳造成的事故,给国民的生命安全和财产安全形成巨大威胁。因而,探究锚杆的锚固机理和失效模式具有十分重要的现实意义。本文结合相似模型试验和数值分析两种方法针对锚固段应力分布特征以及锚杆失效对边坡稳定性两方面进行探讨,完成的主要工作如下:(1)相似材料研制。根据正交试验的原理设计了相似材料的配比试验,并对影响相似材料物理、力学参数的因素进行了敏感性分析和线性回归分析,从而配制出试验所需的相似材料。试验发现:铁粉比重大,且对密度影响是最大的,增重效果比重晶石粉好。水泥和石膏作为胶结材料,其中石膏的凝结时间短,且对内摩擦角和粘聚力的提升比水泥的明显。通过使用线性回归方程对各因素进行拟合的方式,量化了各影响因素与物理力学指标之间的关系。(2)在相似拉拔试验和数值模拟的基础上,从理论上对锚固段的应力分布规律进行了分析,并通过相似模型实验加以验证,以此探讨了锚固段应力分布特点及锚固机理。通过拉拔试验可得:轴力和剪应力峰值区域分布在锚固段的前半部分,占比达83%以上,在孔口处轴力达到最大值,轴力和剪应力在锚杆末端趋近于零;剪应力在不同拉拔力下的分布形态有所不同:拉拔力未到胶结面的破坏阈值时,呈近似线性衰减,速率较缓;拉拔力达到胶结面的破坏阈值时,剪应力出现峰值。当锚固段达到一定长度后,锚杆抗拔的能力不会随着锚固段的增加而增加。(3)对于锚杆加固边坡,随着坡顶荷载的增加,边坡模型逐渐开始变形。剪切滑移面出现前,上排锚杆先受力,剪切面出现后,下排锚杆才开始受力,坡面和坡顶位移变化加剧。上排锚杆失效对边坡的稳定性影响是最大的,其会导致坡体的荷载由均布向由中下两排转移,使得锚杆之间的压缩带趋于集中,加固效果减弱;当锚杆失效时,越是与失效锚杆临近的锚杆所受影响越大,越是距离失效锚杆远,其受到的影响越小;锚杆失效增加了临近锚杆的破坏概率,导致临近一个接一个的发生连锁破坏,最终使得整个锚固系统失效。

关键词：锚固段锚杆失效正交试验数值模拟相似模型试验

桩锚支护基坑局部锚杆失效引发的连续破坏机理研究

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桩锚支护基坑局部锚杆失效引发的连续破坏机理研究

作者：王若展天津大学

学位级别：硕士

局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生,本文利用自行设计的大型试验平台开展了多组大尺寸局部锚杆失效的模型试验,研究了锚杆布置高度、基坑开挖深度、锚杆失效速率对土压力、锚杆轴力、冠梁和桩身内力等的影响。此外,探索了多... 详细信息

局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生,本文利用自行设计的大型试验平台开展了多组大尺寸局部锚杆失效的模型试验,研究了锚杆布置高度、基坑开挖深度、锚杆失效速率对土压力、锚杆轴力、冠梁和桩身内力等的影响。此外,探索了多道锚杆支护基坑局部锚杆失效时的荷载传递规律。同时采用PLAXIS3D有限元软件对模型试验结果进行了验证,在此基础上系统研究了基坑开挖深度、土体参数等对桩锚支护基坑连续破坏机理的影响。主要内容如下。(1)模型试验结果表明,锚杆失效过程中位于失效区域的桩后土压力减小,距失效区域较远的桩后土压力增大,原因是失效区域内支护桩向坑内变形造成桩后土体卸载并形成应力拱,在土拱效应拱脚处桩后土压力增大。同时,锚杆失效会对邻近未失效锚杆产生明显加载作用,且锚杆轴力传递系数随锚杆失效数量增加而增大。(2)开展了单道锚杆不同布置高度试验并进行了相关数值模拟,研究发现,锚杆布置于冠梁或腰梁时锚杆失效区域内支护桩弯矩均减小,但布置于腰梁时弯矩减小幅度更大。同时,锚杆失效数量相同时腰梁位置处锚杆轴力传递系数更大。(3)开展了单道锚杆基坑不同开挖深度试验并进行了相关数值模拟,研究发现,基坑开挖深度增大时,锚杆失效区域外支护桩弯矩传递系数增大,因此基坑开挖较深时锚杆失效区域外支护桩弯矩传递系数可能大于锚杆轴力传递系数,从而先于锚杆发生破坏。基坑开挖深度较小时,锚杆失效数量较多后支护桩在基坑开挖面以下逐渐变为坑外一侧受拉,同时弯矩逐渐增大,因此基坑较浅时随着锚杆失效数量的增多,失效区域内支护桩可能先于锚杆发生连续破坏。(4)开展了单道锚杆不同失效速率试验,研究发现,锚杆失效数量相同时,锚杆缓慢失效时桩后土压力下降幅度远小于瞬间失效。同时,失效区域内缓慢失效时支护桩弯矩减小幅度更大,但失效区域外锚杆不同失效速率时弯矩传递系数较为接近。此外,锚杆瞬间失效时轴力传递系数大于缓慢失效。(5)开展了多道锚杆支护试验并进行了相关数值模拟,研究发现,多道锚杆支护结构,锚杆失效数量较少时失效区域内支护桩弯矩减小,但失效数量增多后支护桩弯矩增大,并超过基坑开挖完成时的弯矩。因此多道锚杆支护结构某一区域内锚杆失效数量较多时,可能导致此区域支护桩弯矩过大而发生破坏。

关键词：基坑桩锚支护锚杆失效连续破坏机理模型试验

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锚杆失效对巷道围岩变形影响的模拟研究

煤炭科技 2012年第1期33卷 1-3页

作者：薛建国山西柳林煤矿有限公司山西柳林033300

为了研究锚杆失效对巷道围岩变形的影响,采用数值模拟计算的方法,对锚杆支护发生失效的判断准则,以及锚杆失效后的锚杆锚固力变化规律和围岩变形规律进行了较为系统的研究,确定了防止锚杆失效的锚固长度应大于1.5 m,并为深部沿空巷道锚... 详细信息

为了研究锚杆失效对巷道围岩变形的影响,采用数值模拟计算的方法,对锚杆支护发生失效的判断准则,以及锚杆失效后的锚杆锚固力变化规律和围岩变形规律进行了较为系统的研究,确定了防止锚杆失效的锚固长度应大于1.5 m,并为深部沿空巷道锚杆支护提供了更加接近实际情况的支护系列及参数。

关键词：围岩变形锚固长度数值模拟锚杆失效

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锚杆失效的原因及防治措施

矿业工程 2007年第6期5卷 28-30页

作者：李磊杨威中国矿业大学江苏徐州221008

锚杆支护现已发展成为矿井巷道的一种主要支护形式,在具有众多优点的同时,也存在急需解决的问题。巷道失稳的重要原因就是锚杆的失效,其表现形式为杆体钢筋拉断、托板失效、粘结破坏及锚空失效等。因此分析锚杆失效原因,并提出相应防治... 详细信息

锚杆支护现已发展成为矿井巷道的一种主要支护形式,在具有众多优点的同时,也存在急需解决的问题。巷道失稳的重要原因就是锚杆的失效,其表现形式为杆体钢筋拉断、托板失效、粘结破坏及锚空失效等。因此分析锚杆失效原因,并提出相应防治措施十分必要。

关键词：巷道支护锚杆失效防治措施

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锚杆失效机理及其控制研究

中国高新技术企业 2010年第1期 171-172页

作者：徐建文田素川李振雷孙永康西龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

文章通过对锚杆质地因素、支护设计因素、地质因素、施工质量因素的分析,提出了如何控制锚杆失效的方法。文章还提出,在认识锚杆失效原因的基础上,应该深入研究采取何种有效措施降低失效率,同时各矿区应该加强对锚杆支护质地的检测、加... 详细信息

文章通过对锚杆质地因素、支护设计因素、地质因素、施工质量因素的分析,提出了如何控制锚杆失效的方法。文章还提出,在认识锚杆失效原因的基础上,应该深入研究采取何种有效措施降低失效率,同时各矿区应该加强对锚杆支护质地的检测、加大监督力度及时修正锚杆支护设计的参数、加强施工管理、提高施工人员的业务素质,进而提高锚杆支护巷道的支护质量。

关键词：锚杆失效支护设计锚杆质地施工质量

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某基坑锚杆失效事故的原因分析

探矿工程（岩土钻掘工程） 2012年第7期39卷 52-55页

作者：熊楚炎宁波市民用建筑设计研究院有限公司浙江宁波315020

针对沿海软土地区一大型基坑中深达8.10 m的冷冻机房基础在基坑开挖过程中发生锚杆失效基坑坍塌事故,从挖土深度考虑不足、不良地质作用、锚杆施工间距超过设计要求、卸土放坡范围不足、锚杆抗拔承载力取值过高等5个方面进行了事故原因... 详细信息

针对沿海软土地区一大型基坑中深达8.10 m的冷冻机房基础在基坑开挖过程中发生锚杆失效基坑坍塌事故,从挖土深度考虑不足、不良地质作用、锚杆施工间距超过设计要求、卸土放坡范围不足、锚杆抗拔承载力取值过高等5个方面进行了事故原因分析和模拟工况单元内力计算比较,指出了5大原因综合作用下增加的锚杆拉力设计值大大超过锚杆抗拔承载力而引发锚杆失效,基坑失稳破坏。

关键词：锚杆失效基坑事故内力计算锚杆拉力锚杆抗拔承载力