岩石抗浮锚杆工作机理的试验研究与有限元分析

论文摘要

随着城市基础建设的高速发展,城市用地愈来愈紧张,随之出现了大量的地下车库、下沉式广场、地下商场、地铁及多层和向超深方向发展的地下室等地下建筑。然而在土的孔隙和岩石的裂隙中赋存着大量的地下水,地下水对这些地下建筑的影响不容忽视,而由地下水浮力引起的工程事故也是屡屡发生,所以工程界也开始对地下水浮力的处理给予了越来越高的重视。本文主要对处理岩石地基上地下水浮力具有独特效用的岩石抗浮锚杆的应用进行了一些研究。主要做了如下工作:1、通过对地下水的分析,得出影响地下水浮力的因素主要有地下水的赋存状态、渗流特征、地下结构的位置、地下室肥槽以及地下室外墙侧壁的负摩阻力等因素,并对多层地下水浮力的计算进行了探讨。2、通过对中风化花岗岩上的3根贴应变片的岩石抗浮锚杆的现场原位破坏性试验,得出中风化花岗岩中的抗浮锚杆承受拉力时,荷载沿锚杆长度的分布是非均匀的,由上到下逐渐减小,在底端一定范围内基本不受力;锚杆的变形是由弹性阶段向弹塑性阶段发展的,随着荷载的增大,塑性区下移;试验得出中风化花岗岩中抗浮锚杆的极限抗拔力,进而得出了中风化花岗岩与锚杆之间的平均极限粘结力为439 kPa,对比发现岩体与锚杆之间的粘结力具有区域差异性。3、通过采用有限元分析软件ANSYS对不同长度和不同岩层性质下的抗浮锚杆以及群锚效应的分析,得出锚杆锚固长度越长,达到极限抗拔力时的位移越大,所以岩石抗浮锚杆应有一个经济合理的长度,超过这个长度,若要充分发挥其侧摩阻力则需要产生较大的位移,这对结构稳定不利;岩层的性质对抗浮锚杆承载力的影响是相当大的;群锚效应使得锚杆群中单根锚杆的极限抗拔力减小到单锚单根锚杆极限抗拔力的0.6倍左右,所以在进行抗浮锚杆设计时锚杆的抗拔力设计值应该在单根锚杆试验的基础上进行折减,从而保证抗浮锚杆的安全储备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外应用与研究现状
• 1.2.1 抗浮锚杆的应用现状
• 1.2.2 抗浮锚杆的研究现状
• 1.3 当前抗浮锚杆研究和应用中存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 地下结构的抗浮计算
• 2.1 地下水的概念与分类
• 2.2 地下水浮力的计算
• 2.2.1 有效应力原理
• 2.2.2 地下结构抗浮设防水位的确定
• 2.2.3 地下水浮力的计算
• 2.3 地下室外侧壁摩阻力的计算
• 2.4 关于浮力计算的其他问题
• 2.4.1 饱和粘土中浮力的时效性
• 2.4.2 地下室肥槽
• 2.5 青岛地区地下结构的抗浮计算
• 2.5.1 青岛地区地下水特征
• 2.5.2 地下结构的抗浮计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 岩土锚杆的工作特性
• 3.1 岩土锚杆的定义与分类
• 3.1.1 岩土锚杆的定义
• 3.1.2 岩土锚杆的分类
• 3.2 岩土锚杆工作机理的研究
• 3.2.1 岩土锚杆的锚固机理
• 3.2.2 岩土锚杆荷载传递的力学行为
• 3.2.3 岩土锚杆的抗拔力计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 岩石抗浮锚杆原位试验研究
• 4.1 工程地质概况
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 地质概况
• 4.2 试验方案
• 4.3 试验结果
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 锚头位移的变化情况
• 4.4.2 轴力的分布规律
• 4.4.3 摩阻力的分布规律
• 4.5 本章小结
• 第5章 岩石抗浮锚杆的有限元分析
• 5.1 有限单元法
• 5.1.1 有限单元法的基本原理
• 5.1.2 有限单元法的求解
• 5.2 岩石抗浮锚杆平面有限元分析单元模型的确定
• 5.2.1 锚杆体和岩上体单元模型的确定
• 5.2.2 接触单元的确定
• 5.2.3 岩土体材料模型的确定
• 5.2.4 初始地应力的考虑
• 5.3 单锚抗浮的平面有限元分析
• 5.3.1 有限元分析的基本假定
• 5.3.2 单锚 ANSYS计算结果分析
• 5.4 岩石抗浮锚杆的群锚效应的有限元分析
• 5.4.1 群锚效应
• 5.4.2 群锚效应的计算模型
• 5.4.3 群锚效应的ANSYS有限元分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 本文的主要研究结论
• 6.2 对进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢