分级荷载下压力型土层锚杆承载特性试验研究
发布时间：2021-12-30 14:24
通过室内模型试验,模拟了人工土质边坡中压力型锚杆在地面荷载作用下的工作状态,研究了分级荷载作用下各层锚杆的轴向应变特征及其随荷载作用时间的变化规律.结果表明:对于人工边坡,地面荷载作用的最危险阶段出现在荷载传递过程中,边坡的压实过程也会使锚杆承受额外荷载.小荷载作用时,处于被压实范围土体内的底层锚杆在压实作用下整体发生向下的位移,基本不受轴向力,处于压实范围外的上层和中层锚杆锚固段分担由于滑坡体发生向下相对位移而引起的较小拉力;中级荷载作用时,土体仍然处于被压实过程,各层锚杆的轴向应变沿长度分布变化不大;高荷载作用下,各层锚杆锚固段逐渐起到了加固边坡的作用,整个锚固系统共同承担坡体的下滑力,直至最后发生破坏.
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2016,44(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
压力型锚杆Fig．1Compressiontypeanchor
?∶0．75的人工边坡，模型土采自西安市南郊某基坑开挖工地，为粉质黏土．模型尺寸为2．0m×1．7m×1．3m(宽×深×高)．锚杆共设置3层、4列，杆体采用外径8mm的铝管模拟，承载体采用2cm厚的Q235钢板制作．注浆材料使用石膏、淀粉、砂和水的混合物．模型的几何相似常数Cl=5，密度相似常数Cρ=1，应力相似常数Cσ=5．制作模型前，在模型箱内壁画好3cm间隔的等高线，根据模型设计尺寸分次将所需质量的湿土倒入模型箱内，用重锤夯实至标线位置，分层填筑模型．模型制作过程同文献［17-18］，在此不再赘述．图2为模型立面图和剖面图．图2模型立面与剖面图Fig．2Frontviewandcrosssectionofmodel加载时，在假定滑坡体坡顶放置一厚50mm的垫板，通过反力架用千斤顶于垫板上加载，使坡体受均布荷载，如图2(b)所示．首次千斤顶加载0．5MPa，之后每次加载幅值为0．5MPa．每级荷载加载后，每隔5min进行一次数据采集，直到同一应变测点连续两次采集的数据差值小于5×10－6时，即认为坡体变形基本稳定，然后进行下一级荷载的加载，直到滑坡体出现大于2cm的下滑位移时，试验终止．本试验最终加载至7．0MPa．试验完成后，于滑床内取未扰动土样，测定其参数如表1所示．表1模型土的物理力学参数Table1Physicalandmechanicalparametersofmodelclay干密度ρ/(g·cm－3)含水量w/%黏聚力c/kPa摩擦角φ/(°)塑性指数IP液性指数IL1．5920．52624．813．20．122试验结果及分析2．1土层锚杆轴向应变变化过程人工边坡不同于天然边坡，它一般属于欠固结土，具有较大的压缩性，如果在坡顶受到较大荷载
106华南理工大学学报(自然科学版)第44卷时，发生剪切破坏的危险往往大于天然边坡．因此，文中以加载过程中不同阶段的锚杆应变值为分析对象，分析锚杆在加载过程中的受力变化特征．以第2列顶层锚杆(①-3)的第7测点、中层锚杆(②-3)的第10测点和底层锚杆(③-3)的第9测点(3点均位于自由段)为例，各测点在各级荷载加载初期的应变值变化规律、加载后应变最大值的变化规律和加载稳定后的应变值变化规律分别如图3所示．图3各级荷载作用过程中各层锚杆轴向应变值Fig．3Axialstrainofanchorbarsineachrowduringeachsteploading顶层锚杆;中层锚杆;底层锚杆图3显示，在各级荷载加载过程中，不论加载初期、中期还是后期，顶层锚杆自由段的应变值水平始终保持最大，而底层锚杆自由段的应变值水平最小．说明荷载由地面传递到土层，再由土层传递到锚杆的过程中，上层锚杆始终起着主导作用，承担大部分荷载．地面荷载作用初期，各测点应变值随着荷载的增加而增大，但增大幅度逐渐变小;各测点应变最大值在3．0MPa时出现突变，而后增大幅度也逐渐变小;各测点稳定后应变值随荷载的增加先增大后减小．说明锚杆的受力最大值出现在加载后某一时刻，之后慢慢趋于一稳定值;地面荷载为3．0MPa时，顶层锚杆和中层锚杆测点应变值发生突变，这可能有两方面原因:一是稳定土体内压缩变形突增导致土体粘聚力和内摩擦角发生突变，二是稳定土体和滑坡体发生相对压缩变形导致锚杆发生弯曲;地面荷载较大(6．0、7．0MPa)时，稳定后锚杆各测点应变值随地面荷载的增加反而降低，锚杆发生黏滑，边坡逐渐失稳．此外，需要说明的是，图3中地面荷载为6．0MPa时，锚杆轴向应变曲线均出现了“凹”点，这可能是由锚杆上应变片黏贴误差引起的．在1．0～7．0MPa的加载过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力型锚杆锚固段流变特性试验研究[J]. 渠红霞. 河北工程大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]拉力集中型预应力土层锚杆侧摩阻力分布形态的影响因素研究[J]. 张钦喜,邓超,梁德周,许超. 施工技术. 2015(07)
[3]望京A1-C-#4地基坑工程锚杆拉力监测研究[J]. 张钦喜,刘新. 岩土工程学报. 2014(S2)
[4]压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究[J]. 贺建清,王磊,陈秋南. 应用力学学报. 2013(06)
[5]考虑界面软化特性的土层锚杆拉拔受力分析[J]. 郭锐剑,谌文武,段建,言志信. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[6]土层锚杆拉拔界面松动破坏分析[J]. 段建,言志信,郭锐剑,刘子振,任志华. 岩土工程学报. 2012(05)
[7]基于能量原理的压力型锚杆数值模拟计算[J]. 赵明华,刘思思,黄利雄,廖彬彬. 岩土工程学报. 2011(04)
[8]压力型锚杆力学性能模型试验研究[J]. 张永兴,卢黎,饶枭宇,李剑. 岩土力学. 2010(07)
[9]附加荷载作用下各层土钉受力特性研究[J]. 郝建斌,门玉明. 中外公路. 2010(01)
[10]饱和粉砂土中压力分散型锚杆摩阻力试验[J]. 顾培英,邹庆,邓昌,汤雷. 水利水运工程学报. 2009(02)
硕士论文
[1]基坑锚杆轴力传递机理分析及数值模拟[D]. 张康.北京交通大学 2015
[2]土层锚杆蠕变特性及工程应用研究[D]. 徐优林.湖南大学 2014
本文编号：3558381
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2016,44(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
压力型锚杆Fig．1Compressiontypeanchor
?∶0．75的人工边坡，模型土采自西安市南郊某基坑开挖工地，为粉质黏土．模型尺寸为2．0m×1．7m×1．3m(宽×深×高)．锚杆共设置3层、4列，杆体采用外径8mm的铝管模拟，承载体采用2cm厚的Q235钢板制作．注浆材料使用石膏、淀粉、砂和水的混合物．模型的几何相似常数Cl=5，密度相似常数Cρ=1，应力相似常数Cσ=5．制作模型前，在模型箱内壁画好3cm间隔的等高线，根据模型设计尺寸分次将所需质量的湿土倒入模型箱内，用重锤夯实至标线位置，分层填筑模型．模型制作过程同文献［17-18］，在此不再赘述．图2为模型立面图和剖面图．图2模型立面与剖面图Fig．2Frontviewandcrosssectionofmodel加载时，在假定滑坡体坡顶放置一厚50mm的垫板，通过反力架用千斤顶于垫板上加载，使坡体受均布荷载，如图2(b)所示．首次千斤顶加载0．5MPa，之后每次加载幅值为0．5MPa．每级荷载加载后，每隔5min进行一次数据采集，直到同一应变测点连续两次采集的数据差值小于5×10－6时，即认为坡体变形基本稳定，然后进行下一级荷载的加载，直到滑坡体出现大于2cm的下滑位移时，试验终止．本试验最终加载至7．0MPa．试验完成后，于滑床内取未扰动土样，测定其参数如表1所示．表1模型土的物理力学参数Table1Physicalandmechanicalparametersofmodelclay干密度ρ/(g·cm－3)含水量w/%黏聚力c/kPa摩擦角φ/(°)塑性指数IP液性指数IL1．5920．52624．813．20．122试验结果及分析2．1土层锚杆轴向应变变化过程人工边坡不同于天然边坡，它一般属于欠固结土，具有较大的压缩性，如果在坡顶受到较大荷载
106华南理工大学学报(自然科学版)第44卷时，发生剪切破坏的危险往往大于天然边坡．因此，文中以加载过程中不同阶段的锚杆应变值为分析对象，分析锚杆在加载过程中的受力变化特征．以第2列顶层锚杆(①-3)的第7测点、中层锚杆(②-3)的第10测点和底层锚杆(③-3)的第9测点(3点均位于自由段)为例，各测点在各级荷载加载初期的应变值变化规律、加载后应变最大值的变化规律和加载稳定后的应变值变化规律分别如图3所示．图3各级荷载作用过程中各层锚杆轴向应变值Fig．3Axialstrainofanchorbarsineachrowduringeachsteploading顶层锚杆;中层锚杆;底层锚杆图3显示，在各级荷载加载过程中，不论加载初期、中期还是后期，顶层锚杆自由段的应变值水平始终保持最大，而底层锚杆自由段的应变值水平最小．说明荷载由地面传递到土层，再由土层传递到锚杆的过程中，上层锚杆始终起着主导作用，承担大部分荷载．地面荷载作用初期，各测点应变值随着荷载的增加而增大，但增大幅度逐渐变小;各测点应变最大值在3．0MPa时出现突变，而后增大幅度也逐渐变小;各测点稳定后应变值随荷载的增加先增大后减小．说明锚杆的受力最大值出现在加载后某一时刻，之后慢慢趋于一稳定值;地面荷载为3．0MPa时，顶层锚杆和中层锚杆测点应变值发生突变，这可能有两方面原因:一是稳定土体内压缩变形突增导致土体粘聚力和内摩擦角发生突变，二是稳定土体和滑坡体发生相对压缩变形导致锚杆发生弯曲;地面荷载较大(6．0、7．0MPa)时，稳定后锚杆各测点应变值随地面荷载的增加反而降低，锚杆发生黏滑，边坡逐渐失稳．此外，需要说明的是，图3中地面荷载为6．0MPa时，锚杆轴向应变曲线均出现了“凹”点，这可能是由锚杆上应变片黏贴误差引起的．在1．0～7．0MPa的加载过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力型锚杆锚固段流变特性试验研究[J]. 渠红霞. 河北工程大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]拉力集中型预应力土层锚杆侧摩阻力分布形态的影响因素研究[J]. 张钦喜,邓超,梁德周,许超. 施工技术. 2015(07)
[3]望京A1-C-#4地基坑工程锚杆拉力监测研究[J]. 张钦喜,刘新. 岩土工程学报. 2014(S2)
[4]压力型锚杆锚固段荷载传递机理研究[J]. 贺建清,王磊,陈秋南. 应用力学学报. 2013(06)
[5]考虑界面软化特性的土层锚杆拉拔受力分析[J]. 郭锐剑,谌文武,段建,言志信. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[6]土层锚杆拉拔界面松动破坏分析[J]. 段建,言志信,郭锐剑,刘子振,任志华. 岩土工程学报. 2012(05)
[7]基于能量原理的压力型锚杆数值模拟计算[J]. 赵明华,刘思思,黄利雄,廖彬彬. 岩土工程学报. 2011(04)
[8]压力型锚杆力学性能模型试验研究[J]. 张永兴,卢黎,饶枭宇,李剑. 岩土力学. 2010(07)
[9]附加荷载作用下各层土钉受力特性研究[J]. 郝建斌,门玉明. 中外公路. 2010(01)
[10]饱和粉砂土中压力分散型锚杆摩阻力试验[J]. 顾培英,邹庆,邓昌,汤雷. 水利水运工程学报. 2009(02)
硕士论文
[1]基坑锚杆轴力传递机理分析及数值模拟[D]. 张康.北京交通大学 2015
[2]土层锚杆蠕变特性及工程应用研究[D]. 徐优林.湖南大学 2014
本文编号：3558381
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