土層錨固體應力傳遞及滑脫過程的細觀力學研究

《土層錨固體應力傳遞及滑脫過程的細觀力學研究》是依託山東科技大學，由尤春安擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：土層錨固體應力傳遞及滑脫過程的細觀力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：尤春安
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

針對土層錨固體在拉拔荷載作用下錨固體周邊土體應力分布與變形失效規律的研究，通過細觀力學實驗，採用密柵雲紋法獲得錨固體周邊土體隨荷載的加大應變場的變化和流動規律，以及剪下帶的形成演化過程，揭示其漸進性破壞規律。根據軸對稱問題特點及應變流動規律，建立土層錨固體周邊剪下帶的硬化-軟化-滑脫的本構關係，並由此導出拉力型、壓力型、擴徑型等及其多元形式錨固體在拉拔荷載作用下應力分布及位移特徵。同時，採用分形維數描述錨固體與土體間的接觸特徵，通過實驗研究、理論分析和細觀尺度上的有限元計算，構造表征錨固體與土體接觸帶特性的界面單元，採用數值模擬分析各類錨固體應力分布及隨著荷載增大的演化規律。提出各類土層錨固體極限荷載的確定方法，並研究它們的適用條件以及錨固參數的對極限荷載的影響。課題的研究為錨固理論研究提供了實驗分析和理論研究方法，為土層錨固系統理論奠定基礎，為錨固工程的設計及參數選擇提供理論依據。

結題摘要

土層錨固技術是近代岩土工程領域的一項重要組成部分。雖然土層錨固技術的套用範圍越來越廣，新的錨固方式不斷出現，但對其錨固機理的認識與理論研究卻相對滯後，尚未形成一種被廣泛認可的工程設計理論。根據項目原計畫，本項目採用自主研發的基於二維數字散斑的細觀力學實驗系統，揭示了錨固體周邊應變局部化及剪下帶形成、演化和破壞規律，發現在錨固體位移初期，錨周土體的剪應變是不均勻、局部和泛散的，隨著錨固體位移加大，剪應變區域逐漸延伸並相互連通，最後貫通形成剪下滑移帶，並在此基礎上根據軸對稱問題特點建立了錨固體周邊土體剪下帶的本構關係。通過錨固體界面幾何特徵測量實驗研究了土層錨固體界面的力學特性，認為錨固體表面粗糙度是影響錨固體界面力學特性的主要因素；採用分形維數描述界面接觸特徵，並構造了能表征錨固體與土體接觸帶特性的界面單元。通過數值模擬結合巨觀拉拔實驗的方法將土層錨固系統失效的全過程分為彈性變形階段、塑性滑移階段以及脫粘階段三個階段，認為塑性滑移階段是承受外界荷載的主要階段，並得到全長粘結式錨固體在拉拔荷載作用下的應力分布特徵以及隨著荷載增加的演化規律，結果表明，當荷載較小時剪應力最大值出現在孔口位置且數值不大，隨著荷載的增大剪應力向錨桿底部傳遞，達到極限荷載時錨桿上部界面層出現滑脫，剪下應力沿錨桿趨於均勻分布；同時，巨觀拉拔實驗的結果也印證了界面單元構造的合理性。在此基礎上推導了拉力型、壓力型和擴徑型錨固體應力分布，並分析了不同因素對剪應力分布和演化的影響。本項目的研究為錨固理論研究提供了實驗分析和理論研究方法，對發展岩土工程錨固技術、完善滯後於套用研究的錨固理論有著重要的意義，同時為錨固技術的研究、計算和設計提供可靠的理論依據。