水平荷载作用下压力型扩大头锚杆破坏特性研究

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随着城市的快速发展,地下空间及深基坑呈现深、大的发展趋势。在粉砂土中,压力型扩大头锚杆凭借其承载力高、位移小、不占用作业空间等特点而在深基坑支护中应用越来越广泛。然而针对压力型扩大头锚杆的理论研究仍远滞后于工程实践,有关其受力机理及破坏特性等方面的研究至今仍相对匮乏,认知不够深入,制约了压力型扩大头锚杆的应用推广。
  本文运用室内模型试验,通过控制扩大头长度及土层含水率,对扩大头锚杆的破坏特性进行系统的研究分析;并结合粒子图像测速技术,分析锚周土体位移场发展规律及极限承载状态下的位移场影响范围。最后利用Midas/GTSNX建立对应的数值模型,对比验证了压力型扩大头锚杆的破坏特性及锚周土体位移场发展过程,取得了较好的吻合度。本文的主要研究结果如下:
  (1)压力型扩大头锚杆的受力过程可分为线性增长阶段和非线性增长阶段,在阶段转变之间荷载-位移曲线会出现“拐点”。扩大头锚杆的极限承载力主要由锚固段近端端阻力提供,当长径比超过3.5∶1后,继续增大长径比对扩大头锚杆极限承载力影响不大。
  (2)含水率的变化对压力型扩大头锚杆承载力影响较大,当含水率高于10%时扩大头锚杆锚周土体位移场影响范围变化明显,极限承载力急剧下降。
  (3)压力型扩大头锚杆锚固段近端土体临界位移场影响范围近似呈“灯泡型”,当锚固段长径比达到3.5∶1后临界位移场基本无影响;锚固段近端土体临界位移场影响范围随着含水率的增加而减小;对比粉砂土与标准砂土层,两者锚周土体临界位移场影响范围变化不大,但需注意锚固段远端土体对锚杆极限承载力的影响。
  (4)在水平拉拔荷载作用下,压力型扩大头锚杆埋深相较于扩大头锚固段直径和长度对极限承载力的影响最大,且埋深越大极限承载力提高越快;扩大头锚固段直径影响次之,直径增加对其极限承载力的提高基本呈线性增长趋势;扩大头锚固段长度的影响效果最小,在一定范围内长度增加对其极限承载力的提高呈线性增长趋势,超过一定范围后基本无影响。
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