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振动荷载下砂土锚杆承载特性研究

振动荷载下砂土锚杆承载特性研究

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作者：张帅河北建筑工程学院

学位级别：硕士

锚杆支护广泛应用于边坡支护、基坑支护和隧道支护工程,因其具有受力合理、适应性强、使用造价低等优点成为重要的支护手段。但在一些地震、车辆、爆破和撞击等动荷载下,工程遇到的问题也愈加复杂,锚固系统稳定性降低,出现多种失效形式... 详细信息

锚杆支护广泛应用于边坡支护、基坑支护和隧道支护工程,因其具有受力合理、适应性强、使用造价低等优点成为重要的支护手段。但在一些地震、车辆、爆破和撞击等动荷载下,工程遇到的问题也愈加复杂,锚固系统稳定性降低,出现多种失效形式。本文在锚杆静力拉拔试验的基础上,分析了振动荷载下不同因素对砂土锚杆承载特性的影响,通过收集整理国内外相关文献进行理论分析,并以室内模型试验和数值模拟为主要手段对振动荷载下砂土锚杆承载性能开展了研究,通过模拟不同砂土含水率和不同振动参数对砂土锚杆锚固系统承载性能及失效形式进行对比分析,得到以下研究成果:(1)静载作用下,保持砂土含水率一致,锚固体直径增大到某一直径后,与土体的粘接强度基本无明显变化,由此可消除尺寸效应。(2)通过室内模型试验,研究了振动荷载下砂土锚杆的承载特性。关于砂土锚杆,当振动荷载一定时,锚杆极限承载力随含水率增大而降低,由于随着含水率变大,砂土粘聚性减小,在高含水率作用下产生较大位移,造成大部分锚固体疲劳性失效。(3)保持砂土含水率相同,振动频率一定时,改变振动幅值。振动荷载扰动后极限抗拔承载力呈下降趋势,且下降幅度不断增大均在40%左右。当含水率增大到一定程度,锚固体对振动荷载的扰动不再敏感,承载能力迅速降低,发生疲劳破坏。(4)保持砂土含水率相同,振动幅值一定时,改变振动频率。随着振动频率的增大,锚固体极限抗拔承载力未产生明显变化。当振动频率达到10 Hz时,锚固体极限承载力基本不变。锚固体施工及使用过程中控制振动荷载的频率有助于土体稳定。(5)利用灰色关联度分析法对砂土含水率、振动频率和振动幅值等敏感因素进行分析发现,3项影响因素中,对砂土锚杆抗拔承载力影响程度从大到小依次是振动幅值、振动频率、砂土含水率。(6)通过建立三维锚杆拉拔数值模型进行数值计算,研究振动荷载下砂土锚杆的应力分布及位移分布状态,发现周围土体应力向底部集中;在振动过程中,锚杆周围土体呈“倒三角形”破坏。

关键词：砂土锚杆振动荷载模型试验数值仿真灰色关联度分析法

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