南竹加筋復(fù)合錨桿錨固機(jī)理

1、南竹加筋復(fù)合錨桿錨固機(jī)理目前,國(guó)家加大了文物保護(hù)力度,特別是保存在我國(guó)西北絲綢之路上的土遺址,由于遭受嚴(yán)重的風(fēng)蝕和雨水沖刷、構(gòu)造裂隙的破壞,大批的土遺址瀕臨破壞,范圍急劇收縮,已經(jīng)成為廣大專家學(xué)者最為關(guān)注的問(wèn)題之一。錨固作為提高巖土體穩(wěn)定性和解決復(fù)雜巖土工程問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一,它可以提高土體的強(qiáng)度及其自穩(wěn)能力,易于施工,正被廣大的文物保護(hù)單位所采用。南竹加筋復(fù)合錨桿作為一種新型錨桿以其自身的優(yōu)越性雖已被應(yīng)用于一些土遺址保護(hù)加固工程中,但其加固技術(shù)尚屬首創(chuàng),其施工工藝和流程、錨固機(jī)理、錨固效果尚未得到科學(xué)合理的闡釋,結(jié)構(gòu)的多界面性以及界面各介質(zhì)的交互作用為系統(tǒng)地研究復(fù)合錨桿帶了很大的挑戰(zhàn)

2、。因此,對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究不但可填補(bǔ)南竹加筋復(fù)合錨桿錨固機(jī)理研究的空白,為復(fù)合錨桿自身優(yōu)化提供依據(jù),而且也可為干旱半干旱地區(qū)土遺址高陡邊坡復(fù)合錨桿加固技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù),并對(duì)其他類型工程錨桿的錨固機(jī)理研究具有一定的借鑒意義。論文闡釋了交河故城遺址的工程地質(zhì)環(huán)境和崖體邊坡的破壞模式,對(duì)現(xiàn)有的復(fù)合錨桿錨固工藝進(jìn)行優(yōu)化。應(yīng)用彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、數(shù)學(xué)、變形監(jiān)測(cè)、數(shù)值分析等理論、技術(shù)手段,從理論、試驗(yàn)、數(shù)值模擬三個(gè)方面,對(duì)南竹加筋復(fù)合錨桿的錨固機(jī)理及變形破壞進(jìn)行系統(tǒng)的研究。并以交河故城崖體邊坡41-5亞區(qū)為例,用強(qiáng)度折減有限元法,對(duì)其錨固前、后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析對(duì)比。主要研究成果如下：(1)

3、研究區(qū)地處吐魯番盆地中央隆起構(gòu)造帶上,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,崖體坡度大,構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙發(fā)育且相互交錯(cuò),河流侵蝕切割現(xiàn)象嚴(yán)重,加之特殊氣候下形成的攜砂風(fēng)對(duì)崖面軟弱地層的掏蝕所形成的臨空面,極大地破壞了交河故城崖體的穩(wěn)定性。(2)結(jié)合交河故城錨固工程,對(duì)現(xiàn)有復(fù)合錨桿施工工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比,針對(duì)復(fù)合錨桿自身特性及土遺址加固的特殊性,分別從布孔定位、臨時(shí)支護(hù)、鉆孔、清孔、上錨桿、插入錨桿、注漿、安設(shè)錨具、錨孔封堵、表面作舊、錨桿養(yǎng)護(hù)等多方面進(jìn)行優(yōu)化研究。(3)基于三線型剪切-滑移理論模型,對(duì)南竹加筋復(fù)合錨桿的錨固機(jī)理進(jìn)行了分析,將整個(gè)受力階段分為四個(gè)階段,即彈性階段、彈性-軟化階段、彈性-軟化-

4、解耦階段以及軟化-解耦階段,并獲得了錨桿界面各個(gè)受力階段所對(duì)應(yīng)的荷載-位移關(guān)系、剪應(yīng)力分布、軸向應(yīng)力分布的閉合解。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)所獲取的荷載-位移曲線進(jìn)行分析,獲取三個(gè)特征點(diǎn),繼而對(duì)剪切-滑移模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定,預(yù)測(cè)錨桿的荷載-位移曲線、各個(gè)受力階段的剪應(yīng)力分布以及軸向應(yīng)力分布。經(jīng)過(guò)對(duì)比錨桿拉拔試驗(yàn)與理論分析結(jié)果,兩者符合較好。對(duì)錨固理論進(jìn)行的參數(shù)分析結(jié)果表明：隨著錨桿長(zhǎng)度的增加,最大承載力也隨之增大,但當(dāng)錨桿長(zhǎng)度大于有效錨固長(zhǎng)度后,最大承載力增幅不大；隨著錨桿軸向剛度的增大,錨桿的最大承載力呈近似線性的增長(zhǎng)；隨著殘余強(qiáng)度因子k值的增加,最大承載力不斷增加。(4)通過(guò)在鋼絞線、南竹管材內(nèi)、外表面粘貼

5、電阻應(yīng)變計(jì),利用靜態(tài)應(yīng)變儀、錨桿拉力計(jì),對(duì)南竹加筋復(fù)合錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn),總結(jié)分析出了以下規(guī)律：a)復(fù)合錨桿的主要破壞形式為鋼絞線-復(fù)合材料界面發(fā)生軟化、滑移。隨著荷載的增大,拉拔力首先克服錨桿近端的粘結(jié)力,繼而遠(yuǎn)端的粘結(jié)力也被克服直至破壞。b)復(fù)合錨桿軸向應(yīng)力分布呈指數(shù)狀分布,并隨荷載的增大而增大。當(dāng)荷載較小時(shí),界面剪應(yīng)力分布呈指數(shù)狀分布,剪應(yīng)力從錨桿的近端向遠(yuǎn)端逐漸減少；隨著拉拔荷載的增加,剪應(yīng)力峰值逐漸向遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移,但彈性部分仍呈指數(shù)狀分布。c)鋼絞線上軸向應(yīng)力明顯高于南竹管材的軸向應(yīng)力,且復(fù)合錨桿在循環(huán)拉拔的過(guò)程中,呈現(xiàn)明顯的材料記憶功能。南竹內(nèi)表面的應(yīng)變值總體上高于同一截面竹子外表面的應(yīng)

6、變值,這是由于南竹內(nèi)外表面彈性模量不同所致。d)經(jīng)對(duì)比,在錨桿尾部安設(shè)錨具和墊板提高了錨桿的極限承載力,可為南竹加筋復(fù)合錨桿的改進(jìn)提供有益的參照。(5)用Cohesive單元模擬南竹加筋復(fù)合錨桿的界面斷裂破壞,對(duì)復(fù)合錨桿拉拔試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)果一方面驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)所獲得規(guī)律性,另一方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)由于應(yīng)變計(jì)無(wú)法粘貼或者應(yīng)變計(jì)提前脫落監(jiān)測(cè)較差的部位進(jìn)行了分析,得到了一些新的結(jié)論：a)南竹-復(fù)合材料、南竹-水泥砂漿界面的剪應(yīng)力同樣遵從指數(shù)分布的規(guī)律,且界面剪應(yīng)力峰值隨著主控面鋼絞線-復(fù)合材料界面的剪應(yīng)力峰值的轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移。但南竹軸向應(yīng)力分布較鋼絞線有所不同,其峰值軸向應(yīng)力分布在南竹的中部。b

7、)水泥砂漿-土體界面由于其邊界條件與其他界面的不同,其剪應(yīng)力分布正好相反,即剪應(yīng)力沿錨桿軸向從近端至遠(yuǎn)端不斷增大。c)經(jīng)分析,除主控面鋼絞線-復(fù)合材料界面外,其他界面均未發(fā)生軟化、破壞,而是隨著主控面的軟化、破壞,它們的軸向應(yīng)力、界面剪應(yīng)力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。d)鋼絞線的軸向應(yīng)力明顯高于南竹的軸向應(yīng)力,同一橫截面處,主控面鋼絞線-復(fù)合材料界面的剪應(yīng)力最大,復(fù)合材料-南竹、南竹-水泥砂漿、水泥砂漿-土體界面剪應(yīng)力依次減小。e)通過(guò)對(duì)比數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果,兩者復(fù)合較好,因此,本次數(shù)值模擬是可靠的,規(guī)律性是可信的。(6)結(jié)合強(qiáng)度折減彈塑性有限元法,對(duì)研究區(qū)中的41-5亞區(qū)錨固前、后的邊坡穩(wěn)定

8、性進(jìn)行了模擬計(jì)算,結(jié)果表明：邊坡在為錨固之前,其安全系數(shù)為1.002,處于極限平衡狀態(tài),破壞形式表現(xiàn)為沿裂隙下端塑性區(qū)貫通。錨固后邊坡的應(yīng)力分布狀況得到了極大的改善,邊坡穩(wěn)定性系數(shù)可達(dá)1.31,滿足了設(shè)計(jì)的要求,同時(shí)也驗(yàn)證了復(fù)合錨桿的工程實(shí)用性。同主題文章1.鄭慧海. 瓊海市國(guó)稅大廈高水位松散砂層錨桿施工 J. 巖土工程界. 2003.(09)2.林維海,黃志華. 山體邊坡噴錨支護(hù)中錨桿干作業(yè)成孔實(shí)例 J. 西部探礦工程. 2005.(08)3.彭俊生,施宇如. 土釘墻支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用及體會(huì) J. 山西建筑. 2005.(14)4.吳家海. 預(yù)注漿工藝在破碎地層錨桿成孔中的應(yīng)用 J. 西部探礦工程. 2006.(09)5.李土均. 抗浮錨桿基礎(chǔ)施工及質(zhì)量保證措施 J. 建筑技術(shù). 2005.(08)6.郝峰,張敏,劉秀芹. 地面水平拉錨樁在基坑工程中的應(yīng)用 J. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2010.(01)7.華勇,李光明. 昆明匯都國(guó)際基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工與變形監(jiān)測(cè) J. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2006.(06)8.徐雙軍,呂華,武崇福. 樁錨支護(hù)體系在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用 J. 山西建筑. 2010.(17)9.宋修軍,唐永杰,杜紅. 青島大劇院工程不同地質(zhì)條件下抗浮錨桿的施工方法 J. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2006.(06)10.麥弓