基于流变理论的压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究
发布时间：2021-07-27 14:42
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。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
锚体锚固微段受力分析Fig.1Stressanalysisofanchoragesegment由锚固微段静力平衡条件得
1558应用力学学报第37卷1u11u12u1u1u21u13u2u2,,,>SSSSSSSSSSSSSS≤≤＜(7)其中：S为锚固体周围岩土体结点的位移；1、2、3分别为岩土体处于弹性时、塑性时、滑移时的剪切刚度系数；u1S为弹性与塑性的界限位移；u2S为塑性与滑移的界限位移；为强度系数。(a)侧阻硬化模型(side-resistancehardeningmodel)(b)侧阻软化模型(side-resistancesofteningmodel)(c)理想弹塑性模型(idealelastoplasticmodel)图2统一三折线模型Fig.2Unifiedtri-linearmodel2.3考虑锚固界面流变的荷载传递函数微分方程求解2.3.1锚固体周围岩土体全部处于弹性阶段当压力型锚杆所施加的荷载较小时，锚固体周围岩土体全部处于弹性状态，依据式(3)和初始条件，再结合式(7)的第一种情况可得11a111111acoshsinhdcoshsinhdPSzrzSrzEArsPzEArzPrzEArSz(8)式中：11r，为泊松比；P为轴力；aS为承压板位移。联合式(6)、式(7)和式(8)得到21211a111212211a111212211a11222,coshsinh1e,coshsinh1ecoshsinh,GtsGtssSztzPGrSrzrzGGAGGGGPGrSrzrzGGAGGGGPGrSrzrzttA＜≥(9)求解式(9)，得到21211a1112121211a1112121a2112121,coshsinh1e,coshsinh(10)1ecoshsinhGtsGtSztGSPrzrzGGGGrAGGc
第4期易梅辉，等：基于流变理论的压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究1561图3试验装置示意图Fig.3Testdeviceschematicdiagram3.2基本力学特性参数利用三轴岩石剪切流变仪，进行了压力型锚杆锚固界面剪切流变试验。锚固锚杆选用四级螺纹钢，杆体长度为500mm，灌浆材料选用M10的砂浆，灌浆压力为0.3MPa/s~0.5MPa/s，灌浆体模具用PVC管制作，基体采用混凝土强度为C30的材料。通过力学特性试验得到了锚固体的基本力学参数和锚固体处于各阶段时的力学特性参数，分别见表2、表3。表2锚固体的基本力学参数Tab.2Basicmechanicalparametersofanchor参数(parameters)E/GPau/mmA/mm2τ/MPa值(value)23.2211682030表3各阶段的力学特性参数Tab.3Mechanicalpropertiesparametersofeachstage参数(parameters)Sa/mmf/kPa·mm-1λ/MPa·mm-1βl/mm弹性(elastic)24050.4塑性(plastic)64030.460滑移(slip)12400.50.475将上述各参数分别代入锚固体周围岩土体处于弹性阶段、部分进入塑性阶段和部分进入滑移阶段时，考虑锚固界面剪切流变的位移函数tzS,和轴力分布函数tzP,并计算，即能分别得到考虑锚固界面剪切流变各阶段的锚固界面位移和锚固体轴力与位置、时间的值。3.3试验结果及对比分析锚固体侧基体不同状态、不同时间、不同锚固位置的锚固轴力实测值和理论计算值对比见图4。由图4可以得到以下结果。1)随着离锚固体底端距离的加大，锚固体轴力逐渐变小，在距离底端85mm之后，轴力减小的速度变缓。(a)锚固体侧基体全部处于弹性阶段(P=40kN)(thesidebodyofthegroutingbodyisallintheelasticstage(P=40kN))(b)锚固体侧基
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于荷载传递法和剪切位移法压力型锚杆刚度分析[J]. 刘一俊,陈昌富. 公路工程. 2019(02)
[2]层状地基中锚杆拉拔荷载传递非线性分析[J]. 黄明华,李嘉成,赵明华,陈昌富. 中国公路学报. 2019(01)
[3]基于双指数剪切滑移模型的全长锚固锚杆荷载传递机制分析[J]. 周世昌,朱万成,于水生. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[4]基于有限差分法的锚杆荷载传递非线性计算方法研究[J]. 赵明华,黄炎杰,黄明华. 铁道科学与工程学报. 2018(08)
[5]支护条件下软岩隧道小型拱形塌腔围岩变形分析[J]. 李又云,钟乃龙,赵亚伟,张玉伟. 应用力学学报. 2018(01)
[6]温度和压力作用下软岩流变相似理论的研究及应用[J]. 王永岩,范夕燕,甘小南,李剑光. 应用力学学报. 2017(06)
[7]全长黏结式锚杆锚固段荷载传递特性研究[J]. 周炳生,王保田,梁传扬,王远航. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[8]岩体离层作用下锚杆受力特性全历程分析[J]. 黄明华,李嘉成,赵明华,陈昌富. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[9]大型地下洞室全长黏结式岩石锚杆锚固机制研究及锚固效应分析[J]. 周浩,肖明,陈俊涛. 岩土力学. 2016(05)
[10]预应力锚索锚固段荷载传递解析算法[J]. 张雄,陈胜宏. 岩土力学. 2015(06)
本文编号：3305984
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
锚体锚固微段受力分析Fig.1Stressanalysisofanchoragesegment由锚固微段静力平衡条件得
1558应用力学学报第37卷1u11u12u1u1u21u13u2u2,,,>SSSSSSSSSSSSSS≤≤＜(7)其中：S为锚固体周围岩土体结点的位移；1、2、3分别为岩土体处于弹性时、塑性时、滑移时的剪切刚度系数；u1S为弹性与塑性的界限位移；u2S为塑性与滑移的界限位移；为强度系数。(a)侧阻硬化模型(side-resistancehardeningmodel)(b)侧阻软化模型(side-resistancesofteningmodel)(c)理想弹塑性模型(idealelastoplasticmodel)图2统一三折线模型Fig.2Unifiedtri-linearmodel2.3考虑锚固界面流变的荷载传递函数微分方程求解2.3.1锚固体周围岩土体全部处于弹性阶段当压力型锚杆所施加的荷载较小时，锚固体周围岩土体全部处于弹性状态，依据式(3)和初始条件，再结合式(7)的第一种情况可得11a111111acoshsinhdcoshsinhdPSzrzSrzEArsPzEArzPrzEArSz(8)式中：11r，为泊松比；P为轴力；aS为承压板位移。联合式(6)、式(7)和式(8)得到21211a111212211a111212211a11222,coshsinh1e,coshsinh1ecoshsinh,GtsGtssSztzPGrSrzrzGGAGGGGPGrSrzrzGGAGGGGPGrSrzrzttA＜≥(9)求解式(9)，得到21211a1112121211a1112121a2112121,coshsinh1e,coshsinh(10)1ecoshsinhGtsGtSztGSPrzrzGGGGrAGGc
第4期易梅辉，等：基于流变理论的压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究1561图3试验装置示意图Fig.3Testdeviceschematicdiagram3.2基本力学特性参数利用三轴岩石剪切流变仪，进行了压力型锚杆锚固界面剪切流变试验。锚固锚杆选用四级螺纹钢，杆体长度为500mm，灌浆材料选用M10的砂浆，灌浆压力为0.3MPa/s~0.5MPa/s，灌浆体模具用PVC管制作，基体采用混凝土强度为C30的材料。通过力学特性试验得到了锚固体的基本力学参数和锚固体处于各阶段时的力学特性参数，分别见表2、表3。表2锚固体的基本力学参数Tab.2Basicmechanicalparametersofanchor参数(parameters)E/GPau/mmA/mm2τ/MPa值(value)23.2211682030表3各阶段的力学特性参数Tab.3Mechanicalpropertiesparametersofeachstage参数(parameters)Sa/mmf/kPa·mm-1λ/MPa·mm-1βl/mm弹性(elastic)24050.4塑性(plastic)64030.460滑移(slip)12400.50.475将上述各参数分别代入锚固体周围岩土体处于弹性阶段、部分进入塑性阶段和部分进入滑移阶段时，考虑锚固界面剪切流变的位移函数tzS,和轴力分布函数tzP,并计算，即能分别得到考虑锚固界面剪切流变各阶段的锚固界面位移和锚固体轴力与位置、时间的值。3.3试验结果及对比分析锚固体侧基体不同状态、不同时间、不同锚固位置的锚固轴力实测值和理论计算值对比见图4。由图4可以得到以下结果。1)随着离锚固体底端距离的加大，锚固体轴力逐渐变小，在距离底端85mm之后，轴力减小的速度变缓。(a)锚固体侧基体全部处于弹性阶段(P=40kN)(thesidebodyofthegroutingbodyisallintheelasticstage(P=40kN))(b)锚固体侧基
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于荷载传递法和剪切位移法压力型锚杆刚度分析[J]. 刘一俊,陈昌富. 公路工程. 2019(02)
[2]层状地基中锚杆拉拔荷载传递非线性分析[J]. 黄明华,李嘉成,赵明华,陈昌富. 中国公路学报. 2019(01)
[3]基于双指数剪切滑移模型的全长锚固锚杆荷载传递机制分析[J]. 周世昌,朱万成,于水生. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[4]基于有限差分法的锚杆荷载传递非线性计算方法研究[J]. 赵明华,黄炎杰,黄明华. 铁道科学与工程学报. 2018(08)
[5]支护条件下软岩隧道小型拱形塌腔围岩变形分析[J]. 李又云,钟乃龙,赵亚伟,张玉伟. 应用力学学报. 2018(01)
[6]温度和压力作用下软岩流变相似理论的研究及应用[J]. 王永岩,范夕燕,甘小南,李剑光. 应用力学学报. 2017(06)
[7]全长黏结式锚杆锚固段荷载传递特性研究[J]. 周炳生,王保田,梁传扬,王远航. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[8]岩体离层作用下锚杆受力特性全历程分析[J]. 黄明华,李嘉成,赵明华,陈昌富. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[9]大型地下洞室全长黏结式岩石锚杆锚固机制研究及锚固效应分析[J]. 周浩,肖明,陈俊涛. 岩土力学. 2016(05)
[10]预应力锚索锚固段荷载传递解析算法[J]. 张雄,陈胜宏. 岩土力学. 2015(06)
本文编号：3305984
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