擴體錨桿拉拔破壞的數值分析

肖 卉 王 振

(1.山東英才學院，山東 濟南 250104； 2.山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

擴體錨桿拉拔破壞的數值分析

肖 卉1王 振2

(1.山東英才學院，山東 濟南 250104； 2.山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

應用巖土分析軟件對豎直抗拔的擴體錨桿進行了數值分析，得到擴體錨桿錨周土的應力變化情況，分析結果表明：隨加載力的增大，擴大頭部分破壞體范圍不斷擴大，達到極限承載力后，破壞范圍呈帽狀且不再擴大。

巖土工程，擴體錨桿，剪應力

0 引言

擴體錨桿技術作為巖土工程新技術，正被越來越多地應用于工程中，然而對擴體錨桿力學機制的研究則不多[1-3]。為了直觀探究擴體錨桿拉拔全過程，采用數值分析的方式研究破壞模式是十分必要的。

1 模型建立

根據工程實際情況，對擴體錨桿進行建模分析，桿體直徑為32 mm，擴體部分直徑為320 mm，擴體長度為700 mm，錨桿全長為7 m，具體如圖1所示。模型尺寸設為9 m×6 m，劃分為300×200共60 000個單元格。模型邊界條件采用水平和底邊約束，加載方式僅對錨桿施加位移加載，加載增量為10 mm。

2 計算結果及分析

圖2為拉拔過程中的剪應力圖，圖中，亮度越大，代表剪應力越高；黑色代表土體破壞。

圖2a)為加載初期圖片，擴體四角顏色較亮，說明承受較大剪應力；

圖2b)圓形區域內所示為初始破壞位置，從圖中可以看到四角位置最先破壞；

圖2c)中破壞范圍繼續擴大，在擴體底部形成帽狀破壞，擴體上部破壞范圍自角點向桿體方向呈大致45°破壞，在地面附近出現微破壞；

圖2d)中隨著荷載的進一步增加，破壞范圍再未發生明顯地擴大，在擴體上部以及下部的帽狀區域內擴展，值得一提的是，在擴體段頂面以上的區域內再未發生明顯地破壞，這可能是由于頂部以上土體被逐漸擠密，形成壓密核所致。另外，錨周土體的破壞范圍局限在桿周0.5倍擴體直徑范圍內，向外擴張的趨勢不是很明顯。

圖3為擴體錨桿拉拔荷載—位移曲線，從圖3中可以發現，隨著荷載的逐漸增加，在達到極限荷載(240 kN)之前，荷載與位

移近乎呈線性關系，達到240 kN后，承載力仍有小幅提升，這可能是擴體上部土體被壓密所致。

3 結語

通過數值分析的方式對擴體錨桿拉拔過程中的錨周破壞情況進行了分析，并研究了荷載—位移曲線的關系，可以得到以下結論：

1)隨著荷載的增加，錨桿首先在擴體角點處產生破壞，破壞范圍逐漸擴大，在頂部和底部形成帽狀破壞區域；而桿體四周土體破壞局限于0.5倍擴體直徑范圍內。

2)擴體頂部帽狀破壞區域內，土體未發生明顯破壞，可能為頂部土體被加密，形成壓密核，承載能力被提高所致。

3)荷載—位移曲線呈現出隨著拉拔位移的增加，承載力呈線性增加的趨勢，在達到極限承載力后，承載力仍有小幅度地提升，這進一步印證了擴體錨桿在加載的過程中其頂部產生壓密核的事實。

[1] 胡建林，張培文.擴體型錨桿的研制及其抗拔試驗研究.巖土力學，2009,30(6)：1615-1619.

[2] 劉 鐘，楊 松，趙琰飛，等.鉆噴注一體化擴體錨桿施工方法：CN101260669.2008.

[3] 郭 剛，劉 鐘，李永康，等.擴體錨桿拉拔破壞機制模型試驗研究.巖石力學與工程學報,2013,32(8):1677-1684.

Numerical analysis of underreamed ground anchor under tension

Xiao Hui1Wang Zhen2

(1.ShandongYingcaiUniversity,Jinan250104,China;2.ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.,Ltd,Jinan250100,China)

Geotechnical analysis software was used to analyze the underreamed ground anchors, and the stress distribution of soil around anchor was obtained. The results show that the damage scope enlarged along with the increase of loading, and after reaching the ultimate load, the shape of damage was similar to the outline of cap.

geotechnical engineering, underreamed ground anchor, shear stress

2015-09-13

肖 卉(1985- )，女，講師； 王 振(1986- )，男，工程師

1009-6825(2015)33-0077-02

TU463

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