文摘

黄土围岩的变形模式的作用下锚拉拔力加载和黄土的剪切应力分布规律锚和黄土界面条件下研究了不同长度的锚用实验室自制的模型试验箱和微型锚撤军的乐器。一共有三个测试进行选择的测试锚。三种变形模式的黄土围岩抗拔荷载的作用下得到根据测试结果。提出了最大剪应力的黄土锚抗拔荷载的作用下出现在部分25倍锚锚头的直径,和中间的剪切应力和后方的一部分锚体只能充分发挥锚体的长径比是110或者更多。基于位移Mindlin问题的解决方案,得出的结论与理论解比较黄土的剪切应力和轴向力的作用下锚拉拔力负载。相比,结果基本上是一致的,这表明结论具有较强的工程实践,可以提供技术依据系统的设计和优化锚侧壁的黄土隧道。

1。介绍

锚定技术,广泛用于矿山、隧道、边坡、坝基,和其他建筑,是岩土工程加固的一个重要手段。许多学者进行相当大的锚的锚固机理研究岩体和黄土隧道和获得许多重要结果。系统锚是最常见的支持类型黄土隧道施工,并且它可以提供一种灵活的支持力量,调整围岩的应力状态,充分利用self-bearing最终能力。在隧道开挖过程中,围岩和支持结构,在不同程度上,变形由于应力释放。在岩石隧道、锚定系统的广泛使用,尤其是围岩条件良好。工程实践表明,锚具有良好的适用性和软硬岩石中可以实现良好的支持效果(1- - - - - -10]。Yu和熊11]研究了围岩的应力分布规律与锚的支持。陈等人。12和罗和陈13)提供了一个分析方法来预测垂直荷载和结算脚下钢铁肋骨feet-lock管的支持。朱et al。14]研究了角设置脚加固螺栓失效模式的基础上,浅隧道黄土隧道。陈等人。15,16]研究feet-lock管的作用机理和系统锚在软围岩和黄土隧道采用数学分析方法。许多专家和学者们研究了隧道锚的压力机制和效应在不同的工作条件,和结论具有重要意义的科学设计和成本控制隧道(17- - - - - -23]。高et al。24和苏和刘25,26)简要推导出轴向力分布的理论解基于Mindlin系统在黄土隧道锚的位移和塑性区半径的理论解决方案条件下的弹塑性均匀土壤,和系统的力学特性和长度优化锚在黄土隧道进行了分析,根据现场试验结果,从两个方面抗拔荷载下的力学特性和轴向力的系统锚中性点的主要支持。基于位移Mindlin问题的解决方案,李和苏27)派生的弹性解剪切应力分布和轴向力分布在灰浆系统下锚拉拔力加载和获得了井壁系统锚的极限抗拔力通过现场测试基于Kelan-Linxian高速公路黄土隧道,分析抗拔荷载下的力学特性,并讨论了分布形式的剪应力和轴向力在砂浆锚在不同土壤性质。

许多专家和学者做了大量的研究系统锚及其设置问题的力学特性的数值分析,模型试验相似,和现场测量,发挥了积极的促进作用的理解力学特性(28- - - - - -32]。林等。33)进行了直接剪切试验通过改变灌浆,螺栓的数量,和倾角的螺栓螺栓的力学行为和破坏机理的螺栓接合在剪切过程中,发现,在同样的正常压力、螺栓的屈服位移和关节的刚度逐渐减少与增加螺栓的数量增加;在相同数量的螺栓,屈服位移增加与法向应力增加;注浆联合提高了部队条件的螺栓,螺栓的屈服位移的增加,和协调的灌浆体的变形和螺栓;最后指出,螺栓的倾角会影响接头的剪切强度。林等。34)提出修改后的螺栓接头的抗剪强度公式通过考虑螺栓影响区域为圆形,螺栓的影响系数定义和比较实验结果和预测结果从修改后的模型验证了直接剪切试验,并分析了各种影响因素对螺栓接头的剪切强度与测试结果相结合。

然而,很少有研究黄土围岩的变形模式和系统锚杆的力学特性实验室模型试验。因此,为了进一步比较和分析结论的合理性模型试验的基础上,实验室模型试验箱是由研究黄土锚固围岩的变形模式和黄土锚和土界面剪切应力分布规律,在不同的情况下锚长度下的拉拔力负载。研究结果可以为设计和优化提供参考的侧壁系统黄土隧道锚和有良好的参考价值和工程实际意义。

2。下的黄土围岩变形系统锚的抗拔荷载

剪应力为零和围岩位移的方向系统锚也是零当没有剪切系统锚和围岩之间的趋势。剪切应力和围岩位移时将生成系统锚和围岩之间的剪切趋势,和围岩的位移也会随着剪切应力的增加而增加。剪切应力增加到一定值时,围岩的位移趋于稳定或围岩破坏。在本文中,作者试图研究黄土围岩的位移模式下的拉拔力加载系统锚通过实验室模型试验的方法。

2.1。生产过程的实验室模型试验箱

实验室模型试验箱,如图1,是由复合木板的厚度14毫米,内部明确的宽度220毫米,净高170毫米。模型的立剖面图如图2。有两个挡板在模型室的前面,有一个洞中间的挡板,直径40毫米,通过测试锚方便。中间的内挡板,木板被切断的一部分,根据测试的需要,以促进黄土的表面位移的测试在测试期间,和一个微型锚绘图仪器安装在外侧挡板应用锚荷载。两个挡板之间的空间是用来千分表,电阻应变仪数据线,等,和后面的试验箱两个挡板来填补黄土用于测试。模型室横向钢筋与木头条每隔一定长度,如图3,以确保公司和可靠,能承受负载测试期间的应用。

2.2。测试过程

测试是一个12毫米的锚HRB335螺纹钢筋,锚固材料是环氧树脂AB胶。锚的直径20毫米。明确的距离锚模型的左右室是100毫米,和清晰的上下两面之间的距离是75毫米,3.5∼5倍直径的锚。边界效应的影响模型室的测试结果在测试期间可以忽略。一个角磨机用于波兰测试锚,直到表面是光滑的,并且用细砂布磨线沿着45°方向的锚表面,所以应变仪可以保税坚定。之后,总电阻应变仪的测量通过万用表确保应变仪可以正常工作。然后,环氧树脂AB胶用于涂片的表面锚的身体,它被埋在黄土,直到干和硬。锚上的应变计粘贴身体通过电线连接到静态应变仪,如图4。测试人员是接地和连接到计算机。测试的压力通过支持软件收集锚。与此同时,为了避免环境因素如温度影响的应变测试结果,测试人员也连接到一个补偿电阻应变计。

当填充和压实黄土在测试室,使用红砖和纸来保护内部挡板木块,如图5,上铺一层塑料薄膜的内部挡板接近黄土防止黄土在模型室流出在测试期间开放的内部挡板。

为了得到更接近实际的应力边界条件锚撤军过程,一层红砖是放置在模型室的上表面充满了黄土,如图6。安装一个千分表的放大,如图7,确保其最终对黄土的身体表面,和阅读的最初阅读千分表。微锚绘图仪器设置的外板准备应用抗拔荷载。输入参数,如应变电阻和导线电阻在静态应变测试软件,平衡测量的点,应变值每10年代和示例。的拉拔力负载应用微型锚拉仪器、测试正式开始。每个增压后,拉拔力负载,土壤表面位移和锚体应变记录,直到三个读数稳定。

2.3。测试原理

很难衡量内部土壤黄土围岩的变形测试。当黄土的纵向深度很小,土壤的表面变形可以用来近似代替土壤内部的变形。黄土的纵向深度身体20厘米,和锚穿透20厘米黄土剖面测试的表面变形黄土围岩锚撤军过程中。满20厘米黄土剖面时,使用红砖来支持,使一个洞在中间通过锚体。只填满黄土红砖和内部之间的挡板,以确保锚体之间的接触长度和周围的黄土总是20厘米。

总共3进行检测。在测试期间,黄土围岩表面位移(毫米)和抗拔力锚(N)的测量方法,分别。剪切应力之间的锚和黄土围岩,见公式(1),通过计算锚的抗拔力除以锚之间的接触面积和黄土围岩。 在哪里指的是剪切应力测试的锚,是指测量测试锚的抗拔力,指直径测试锚和是指测试锚长度。

2.4。分析测试结果

在这样的三个测试,黄土表面位移的值来衡量千分表和价值观的抗拔力测量微锚拉仪器都列在表中1∼3。根据公式(1),然后剪切应力的值可以计算测试的锚,表中列出1∼3。黄土表面变形和剪切应力之间的变化趋势测试锚的数据所示8- - - - - -10,分别。

从图可以看出11散点图的变化趋势中获得第一个测试可分为三个阶段:第一个阶段是刚性的阶段,在抗拔力大幅增加无明显的黄土围岩变形;第二阶段是屈服阶段,抗拔力不变,和黄土表面位移增加;第三阶段是软化阶段,抗拔力不断增加和黄土表面位移减少。黄土的变形模型可以描述为rigid-yielding-softening类型。

从图可以看出12散点图的变化趋势中获得第二个测试也可以分为三个阶段:第一个阶段是刚性的阶段,抗拔力的增加没有明显的黄土围岩变形;第二阶段是加强阶段,抗拔力和黄土表面位移增加同时,和它们之间的关系是近似线性;第三阶段是屈服阶段,抗拔力不变,和黄土表面位移不断增加。黄土的变形模型可以描述为rigid-reinforced-yielding类型。

从图可以看出8散点图的变化趋势得到第三测试可分为两个阶段:第一阶段是加强阶段,抗拔力和黄土表面位移增加同时,和它们之间的关系是近似线性;第二个阶段是稳定阶段,抗拔力继续增加,黄土表面位移趋于稳定。黄土的变形模型可以描述为稳定型。以上这些现象的原因是由于不同密实度的黄土在模型室。

3所示。之间的界面剪切应力分布锚和抗拔荷载下黄土

3.1。测试用例

HRB335钢筋螺纹直径12毫米用于测试。锚固材料是环氧树脂AB胶。锚固体的直径是2厘米,应变仪的间距是20厘米。锚的长度测试中使用的是40厘米,90厘米,140厘米,190厘米,220厘米,分别。每种类型的锚测试三次。5种锚拉拔力测试都使用相同的黄土和环氧树脂AB粘合剂。的压实黄土和AB型粘合剂厚度大约相等。因此,焊接表面的粘接强度和刚度的5锚固体和黄土大约相等。

锚可以转换的轴向力测量应变值。安克雷奇的界面剪应力和黄土可以获得通过划分不同的轴向力相邻应变仪的表面积安克雷奇在这一节中。10厘米的锚的身体测试盲区。本节的剪切应力是一半的剪切应力的10∼30厘米部分和测试结果三个测试的平均值。

3.2。分析测试结果

长40厘米的剪切应力分布测试锚在抗拔试验如图13。可以看出,锚的剪切应力在中间部分是最大的,和剪切应力的后面部分锚(黄土)的纵向深度大。

剪应力分布的90厘米,140厘米,190厘米测试期间锚拉拔力试验数据所示14- - - - - -16分别。可以看出,剪切应力在前面部分的锚(附近的拉拔力)是最大的,中间的剪切应力和后部更小。

长220厘米的剪切应力分布测试锚在抗拔试验如图17。可以看出前面部分的剪切应力的锚(附近的撤军)总是最大的。随着拉拔力试验的进行,中间和后面部分的剪切应力也逐渐增加。

条件下,焊接表面的强度和刚度在测试大约相同,最大剪应力的五种锚在抗拔试验出现在部分约50厘米的锚。第一批四种锚测试,中间的剪切应力和后方锚固段总是小的一部分,只有中间的剪切应力和后方的部分长220厘米测试锚撤军过程中逐渐发展和提高。

因此,可以推断,最大剪应力的锚抗拔荷载作用下黄土地层出现在部分25倍离锚锚头的直径(位置的最大剪应力50厘米/锚直径2厘米= 25)。当锚长度和直径的比值超过110,中间的剪切应力和后方的一部分可以充分发挥锚体(测试锚长度220厘米/锚直径2厘米= 110)。

4所示。对比模型试验和理论分析

土壤是由锚可以视为半无限平面。当一个集中力问应用深度c,垂直位移ω点B(x, y, z)可以由位移Mindlin问题的解决方案。假设之间没有相对滑动的锚和黄土围岩的变形,并考虑弹性变形之间的协调土壤近端锚锚粘接材料,剪切应力分布的分析公式可获得沿黄土隧道锚体抗拔荷载的作用下通过使用位移Mindlin问题的解决方案。计算图如图18。 在哪里 和 。

的锚,x=y=z= 0,然后公式(2)简化如下:

考虑弹性变形协调的近端土锚锚粘接材料,给出以下表达式:

考虑边界条件, ,然后 在哪里 。

轴向力分布的分析公式以及锚体抗拔荷载作用下黄土隧道如下: 在哪里是系统锚的半径,P是抗拔荷载,是系统固定的弹性模量。

同时,指出理论计算结果表明,锚体的剪切应力达到最大值在73厘米的深度,和系统的衰减速度的轴向力锚在黄土隧道小于其剪切应力衰减率。的轴向力锚外的200厘米深度V级围岩段已经很小,不能达到预期的效果。因此,根据现场测量黄土隧道锚系统的抗拔力,锚的受力特性,可以抓住,和设计的锚长度黄土隧道系统可以优化的基础上,其轴向力分布。结合测量轴向力,黄土隧道系统锚杆的长度可以优化到2000 mm。

模型试验提出了本文的结论是,五组的最大剪应力的锚拉拔力试验出现在前面的部分约50厘米锚体,这基本上是与理论解的结论一致。当锚体的长径比大于110年,中间的剪切应力和后方的一部分可以充分发挥锚体。如果HRB335螺纹钢筋直径22毫米用于工程实践,锚的长度( )可以满足工程的需要,这与理论解的结论基本上是一致的。因此,相关的结论基于实验室模型试验的实际工程参考价值。

5。结论

根据实验室模型试验的结果,作者试图分析黄土围岩的变形模式下的锚拉拔力加载和黄土的剪切应力分布规律锚和黄土界面条件下的不同长度锚;主要结论如下:(1)抗拔荷载的作用下,变形模式下的黄土围岩锚支持可以概括为三种类型:rigid-yielding-softening类型,rigid-reinforced-yielding类型和稳定类型。(2)抗拔荷载的作用下,锚的最大剪应力在黄土地层出现在部分锚锚头的直径的25倍;只有当锚体的长径比是110或更多可以中间的剪切应力和锚体的后部是充分发挥。(3)实验室模型试验得出的结论是基本一致的结论基于位移Mindlin问题的解决方案在黄土的剪切应力和轴向力分布系统锚抗拔荷载的作用下,结论具有较强的工程实践表明,可以提供技术依据系统的设计和优化锚侧壁的黄土隧道。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢提供的金融支持应用基础研究项目的中华人民共和国交通运输部(批准号2014319771190),山西Province-Youth科学技术研究的基本研究项目基金(批准no.2015021121),和山西科技工程通信控股集团有限公司有限公司(批准号20-JKKJ-39)。这些支持是感激地承认。