扩体锚杆拉拔破坏的数值分析

肖 卉 王 振

(1.山东英才学院，山东 济南 250104； 2.山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

扩体锚杆拉拔破坏的数值分析

肖 卉1王 振2

(1.山东英才学院，山东 济南 250104； 2.山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

应用岩土分析软件对竖直抗拔的扩体锚杆进行了数值分析，得到扩体锚杆锚周土的应力变化情况，分析结果表明：随加载力的增大，扩大头部分破坏体范围不断扩大，达到极限承载力后，破坏范围呈帽状且不再扩大。

岩土工程，扩体锚杆，剪应力

0 引言

扩体锚杆技术作为岩土工程新技术，正被越来越多地应用于工程中，然而对扩体锚杆力学机制的研究则不多[1-3]。为了直观探究扩体锚杆拉拔全过程，采用数值分析的方式研究破坏模式是十分必要的。

1 模型建立

根据工程实际情况，对扩体锚杆进行建模分析，杆体直径为32 mm，扩体部分直径为320 mm，扩体长度为700 mm，锚杆全长为7 m，具体如图1所示。模型尺寸设为9 m×6 m，划分为300×200共60 000个单元格。模型边界条件采用水平和底边约束，加载方式仅对锚杆施加位移加载，加载增量为10 mm。

2 计算结果及分析

图2为拉拔过程中的剪应力图，图中，亮度越大，代表剪应力越高；黑色代表土体破坏。

图2a)为加载初期图片，扩体四角颜色较亮，说明承受较大剪应力；

图2b)圆形区域内所示为初始破坏位置，从图中可以看到四角位置最先破坏；

图2c)中破坏范围继续扩大，在扩体底部形成帽状破坏，扩体上部破坏范围自角点向杆体方向呈大致45°破坏，在地面附近出现微破坏；

图2d)中随着荷载的进一步增加，破坏范围再未发生明显地扩大，在扩体上部以及下部的帽状区域内扩展，值得一提的是，在扩体段顶面以上的区域内再未发生明显地破坏，这可能是由于顶部以上土体被逐渐挤密，形成压密核所致。另外，锚周土体的破坏范围局限在杆周0.5倍扩体直径范围内，向外扩张的趋势不是很明显。

图3为扩体锚杆拉拔荷载—位移曲线，从图3中可以发现，随着荷载的逐渐增加，在达到极限荷载(240 kN)之前，荷载与位

移近乎呈线性关系，达到240 kN后，承载力仍有小幅提升，这可能是扩体上部土体被压密所致。

3 结语

通过数值分析的方式对扩体锚杆拉拔过程中的锚周破坏情况进行了分析，并研究了荷载—位移曲线的关系，可以得到以下结论：

1)随着荷载的增加，锚杆首先在扩体角点处产生破坏，破坏范围逐渐扩大，在顶部和底部形成帽状破坏区域；而杆体四周土体破坏局限于0.5倍扩体直径范围内。

2)扩体顶部帽状破坏区域内，土体未发生明显破坏，可能为顶部土体被加密，形成压密核，承载能力被提高所致。

3)荷载—位移曲线呈现出随着拉拔位移的增加，承载力呈线性增加的趋势，在达到极限承载力后，承载力仍有小幅度地提升，这进一步印证了扩体锚杆在加载的过程中其顶部产生压密核的事实。

[1] 胡建林，张培文.扩体型锚杆的研制及其抗拔试验研究.岩土力学，2009,30(6)：1615-1619.

[2] 刘 钟，杨 松，赵琰飞，等.钻喷注一体化扩体锚杆施工方法：CN101260669.2008.

[3] 郭 刚，刘 钟，李永康，等.扩体锚杆拉拔破坏机制模型试验研究.岩石力学与工程学报,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，讲师； 王 振(1986- )，男，工程师

1009-6825(2015)33-0077-02

TU463

A