土层扩孔锚杆锚固机理实验研究

摘要

近年来随着施工区域深度和广度的发展，地质条件恶劣、作业难度大、风险高等不利情况频频出现，非扩孔锚杆已无法满足锚固要求，而扩孔锚杆以其锚固力大、制作工序简单、便于安装的特点，有效地解决了这些工程难题。我国的扩孔锚固尚处于起步探索阶段，虽然在扩孔锚杆的种类、扩孔工具的研制以及扩孔锚杆的施工方法上都进行了有益尝试，但对扩孔锚杆的锚固机理及受力特性的认识还不够清晰，缺乏必要的实验研究分析。
　　本文设计了可视化半圆柱体实验装置，利用数字散斑相关技术，获得扩孔锚杆实验过程中的位移场和应变场，并结合ANSYS软件进行了数值模拟，对扩孔锚杆的受力特性和锚固机理进行分析，得出以下几点结论：
　　（1）采用可视化实验方法，并结合数字散斑相关技术进行室内实验。由实验获得的锚周土体X、Y向位移场的分布、发展及演化特征与数值模拟所得结果相一致，表明本次实验装置及实验方法具有较大的可行性。
　　（2）相同加载条件下，扩大端的存在使得扩孔锚杆的锚固力有显著提高。随扩径角的增加，实验荷载-位移曲线在加强阶段扩孔锚杆的荷载值略有提升。表面粗糙的锚杆相比光滑锚杆承载能力有明显增强，且试件在破坏前有更大的位移，这对于工程支护的安全监测及预测大有益处。
　　（3）试件变径段锚周土体沿径向各点位移变化曲线随实验的进行显现出明显的非线性，位移越大，曲线与对数曲线的拟合度越高。进入扩大端受力阶段后，扩孔锚杆的锚固力主要由三部分组成：扩径段与非扩径段的侧摩阻力以及变径段所提供的锚固力，其中变径段所提供的锚固力主要取决于锚周土体的物理力学性质。
　　（4）数值模拟结果表明，模拟产生的荷载-位移曲线与试验获得的曲线具有相同的趋势走向。锚周土体X向位移主要发生于变径段两侧，Y向位移主要产生于变径段侧上方，这与实验所得位移场分布结果相一致。随着荷载增大，数值模拟中扩大端端部锚周土体由于其理想弹塑性在一定范围内产生Y向位移，室内试验则由于土体达极限状态而出现层断现象。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 锚固技术的应用与研究现状

1.3 扩孔锚杆的应用与研究现状

1.4 主要研究内容与技术路线

2 数字散斑相关方法及其原理

2.1 引言

2.2 数字散斑相关方法基本原理

2.3 误差分析

2.4 本章小结

3 土层扩孔锚杆锚固机理实验研究

3.1 室内实验的提出

3.2 实验研究内容和实验方案

3.3 实验装置设计和试件制备

3.4 实验过程

3.5 实验结果分析

3.6 本章小结

4 土层扩孔锚杆数值模拟分析

4.1 引言

4.2 土层扩孔锚杆有限元模型建立

4.3 模拟结果分析

4.4 基于Boussinesq 位移解的极限承载力计算

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况

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