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随着我国城市建设的迅速发展,高承载力锚杆在地下空间工程、边坡支护、基坑支护等领域的需求不断增加。与普通锚杆相比,扩体锚杆的抗拔承载力高、支护效果好、并且施工便利。
本文提出的多段扩体锚杆是在端部扩体锚杆的基础上发展起来的一种新型锚杆。该类型锚杆在我国实际工程中应用较少,而且理论研究滞后,因此有必要进行深入研究。
本文在西安理工大学结构大厅进行的多段扩体锚杆模型试验的基础上进行数值模拟,进一步研究了多段扩体锚杆的承载特性、破坏模式、群锚效应等,本文主要研究内容包括以下几方面:(1)在模型试验的基础上,应用ABAQUS软件对多段扩体的受拉性能进行数值模拟分析,研究了不同扩体个数和埋深对其破坏模式的影响。发现端部扩体锚杆周围土体的破坏模式为“倒立的灯泡形”,随着扩体的增加,其周围土体的破坏形态由“灯泡形”逐渐发展为呈串“火苗形”。
而且浅埋扩体锚杆周围土体的破坏模式属于整体剪切破坏,破坏区一直与地表相连;深埋扩体锚杆周围土体的破坏模式属于局部剪切破坏。(2)通过数值模拟研究了埋深、锚杆尺寸对其抗拔承载力的影响。
依据结果分析发现随着扩体直径、埋深的增加,其抗拔承载力也增大;当埋深足够大时随着扩体间距的增加其抗拔承载力也有所提高,只是效果不明显;另外,埋深一定时,锚杆的抗拔承载力并不随扩体长度、扩体个数的增加而增加,达到一定程度甚至会随它们的增加而减小。通过多组试验模拟数据得出其最优扩体长度为100mm-150mm,而扩体个数的最优解与扩体锚杆的埋深相关,埋深越大,最优扩体个数就越大。
(3)对土体参数进行改变,研究了土体粘聚力、内摩擦角、及变形模量对多段扩体锚杆抗拔承载力的影响。通过数据分析发现随着粘聚力、内摩擦角、变形模量的增大,多段扩体锚杆的抗拔承载力会提高,但是变形模量贡献较小。
(4)在实际工程中对群锚的应用颇多,本文又进一步研究了锚杆的水平间距、埋深、数量对群锚效应的影响。研究发现同一埋深,水平间距越大,群锚效应越小;埋深越大,为减小群锚效应所需的水平间距就越小,但不得小于4D。
而且单根锚杆的扩体个数越多减少群锚效应需要的水平间距越大。锚杆数量越多,群锚效应越明显。