摘要：针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移关系,基于SMA宏观唯象本构模型,由逆悬臂梁问题的思路求解合金片的扩张力和位移关系,基于合金片与土体的变形协调条件对计算模型进行求解,进而得到锚杆抗拔承载力的计算公式,并依托MATLAB软件编制求解程序;结合算例,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立有限元模型,对合金片-土体相互作用的力学特性进行仿真分析,结果所得的接触力与理论方法计算的扩张力总体分布趋势相似,验证结构的快锚效果和合金片扩张力理论计算方法的可靠性。算例分析表明:合金片的扩张力主要在其弯曲段增长,合金片厚度越大锚杆抗拔承载力越大;相比传统注浆锚杆,新型锚杆很大程度上缩减了锚固段长度,降低了工程成本。研究成果能够为新型锚杆的设计应用提供理论依据和指导。

摘要：为了更合理地评价新型热锚管框架冻土边坡体系在地震和冻融双重作用下的稳定性,首先推导了基于融土层弹性放大效应的加速度表达式;其次根据热量收支平衡原理给出热锚管作用下冻土边坡滑移面的位置;然后提出了基于热锚管锚固力应力扩散效应的双层介质附加应力等效模型;最后给出该冻土边坡体系稳定性的计算方法,并结合工程算例,将该方法与传统拟动力法、拟静力法对比分析,证明了改进拟动力法能够刻画热锚管框架冻土边坡体系的稳定性.结果表明,热锚管支护技术与热棒、锚杆技术相比,其防治冻土边坡的效果更好,且热锚管的锚固力越大,换热能力越强,冻土边坡体系的稳定性越好;由于波动效应的存在,抗震设计时须充分校核不同地震波振动频率的影响,尤其是与融化层自振频率相近的情况;采用该方法得到的沿坡高放大系数为非线性的,而采用传统拟动力法其结果是线性的,导致安全系数被高估,但采用改进传统拟动力法的放大系数后,也能取得与改进拟动力法相近的结果.该研究可为热锚管框架支护冻土边坡的抗震设计提供理论依据和新思路.

摘要：针对地震、崩塌等自然灾害频发而导致的边坡失稳问题,提出了可快速应对抢险救灾工作的气囊式锚杆框架地梁新型结构,并阐述了该新型结构的工作机理。分析气囊框架地梁受荷时玻璃钢与气囊的受力特性,给出了气囊框架地梁承载力计算方法;结合气压传动和双层弹性地基梁理论,建立了气囊框架地梁-锚杆-土体协调变形的计算模型,给出了气囊式框架地梁在边坡支护施工阶段与工作阶段的力学效应计算方法。结果表明:①气囊式框架梁结构承载力主要由框架梁板厚、板材强度、气囊内压和高度决定,增加框架板厚、板材强度、气囊内压和高度可以提高结构承载力;②气囊式框架梁支护边坡存在施工和工作两个阶段,工作阶段位于坡脚处的框架梁剪力和弯矩出现较大的上升,设计时应作为最不利因素着重考虑;③支护设计时还应综合考虑支护效果、结构承载力和经济性给出设计方案,确保结构在实际抢险救灾中的可靠性、时效性和经济性。研究成果可在边坡快速支护中为新型结构的设计应用提供理论依据和指导。

摘要：新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构,具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应,设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱,并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验,得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明:越靠近通风锚杆,土体温度和水分变化越明显,新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散,具有良好的降温效果,并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致,外界风速越大,新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内,新型锚杆轴力呈抛物线型变化,冻结期轴力大于融化期,且冻结期框架内力是融化期的2~3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。

摘要：为了更合理地评价地震作用下热锚管框架支护多年冻土边坡的稳定性,基于波动理论和极限分析上限定理,并结合似黏聚力理论和冻土边坡失稳破坏模式,推导了地震波在冻融双层介质交界面处的波形转换和透射反射系数,给出了P波或SV波作用下的热锚管框架冻土边坡体系地震动力稳定性计算方法,并结合算例进行了分析与验证。结果表明:新型热锚管支护技术与热棒、锚杆相比其可靠性更好,能够从热学和力学2个方面共同提高冻土边坡的稳定性,其换热能力越强、极限锚固力越大,冻土边坡稳定性也就越高;入射地震波强度增加,热锚管冻土边坡体系的稳定性降低,且提出的地震稳定性分析方法与动力强度折减法和传统拟静力法结果总体趋势较为一致。研究结果可为热锚管框架支护冻土边坡的抗震设计提供科学合理的依据。

摘要：针对多年冻土区L型挡墙设计中水平冻胀力计算方法不完善的问题,基于利夫金地基模型及挡墙-土体之间的协同变形原理,分别建立了墙后有无换填土两种情况下的L型挡墙水平冻胀效应计算模型,利用叠加原理及有限差分法对所提出的计算模型进行了求解,并依托MATLAB自行编制了水-热-力耦合分析软件。结合工程实例,应用提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值分别与现场实测值、修正土压力值、规范经验值及水-热-力耦合软件模拟值进行对比分析,结果表明:提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值与现场实测值及数值模拟值在大体趋势上吻合较好,修正土压力值、规范经验值低估了水平冻胀力对挡墙的作用;相比规范经验值及现场实测值,提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力沿墙高呈抛物线和梯形两种分布模式,更具有普遍性;通过多场耦合分析可知,所提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法与水-热-力耦合方法得到冻胀力趋势相似,表明了计算方法的可行性,可为多年冻土区L型挡墙设计提供一定的理论支持和指导。

摘要：为了研究季节冻土区季节温度周期性交替变化时的边坡支护结构冻融反应规律,研制了季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统,并开展了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构试验研究.该模拟系统主要由可移动开体式自动控温冻土试验室、模型箱、边坡支护结构模型和温度-水分-应力多物理场测试系统四部分组成,实现了模型试验中结构与岩土之间的比例相容和季节冻土区季节周期性交替变化时温度自动呈正弦函数式波动的微环境模拟,同时具备对试验现象直观观测以及多物理场试验数据自动采集功能.将该模拟系统应用于框架锚杆边坡支护结构冻融模型试验研究,通过分析边坡不同位置处的温度、水分和支护结构的冻胀力变化趋势,揭示了寒暖环境交替变化下的边坡支护结构冻融反应规律;将试验结果与已有文献的实测数据进行了对比,初步验证了该模拟系统的可靠性和准确性.冻融模型模拟系统研究方法及成果可为寒区边坡相关工程设计提供参考.

摘要：为了研究地震作用下季节冻土区框架锚杆支护边坡体系的地震动力响应变化规律,考虑到季节冻土区边坡土体的季节分层特征,将未冻结土层处理为黏弹性Winkler地基模型,冻结层处理为中间剪切层,框架立柱处理为Euler-Bernoulli弹性梁,用线性弹簧和阻尼器来模拟锚杆锚固段与周围土体的相互作用,建立了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构简化动力计算模型。基于D'Alembert原理并引入Dirac函数,给出了冻结期和融化期时框架-锚杆-边坡支护体系的运动方程;其次通过振型叠加法对其进一步解耦变换,并采用隐式时域逐步积分法对解耦后的体系方程组进行求解,最后将提出的计算方法应用于工程算例,且与振动台试验结果进行了对比分析。结果表明:相同地震波作用下,坡顶处加速度大于坡底,同一位置处的融化期峰值加速度比冻结期大,具有季节差异效应和高程放大效应;同时考虑冻胀和地震作用时冻结期的锚杆轴力和立柱弯矩大于地震作用时融化期的锚杆动轴力和立柱动弯矩;加速度、轴力等振动台试验结果与理论计算值在总体趋势上较为一致,即提出的计算方法能够刻画地震作用下季节冻土区框架锚杆支护结构工作状态。研究结果可为季节冻土区框架锚杆支护边坡抗震理论设计提供一种新思路。

摘要：针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述。根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式。结合算例采用有限元法和提出的理论计算方法对该新型桩的挤土效应和承载特性进行了分析。结果表明:扩体装置对土体应力的影响范围约为扩体装置扩开宽度的2倍~3倍;扩体装置扩张形成的塑性区范围大小在竖直方向上和水平方向上基本相等;各扩体装置承力时具有一定的顺序效应和时间效应,扩体装置的承力能力与周围土体的性质有关;数值模拟结果与理论计算结果基本一致,验证了理论分析方法的正确性;与普通直桩及套管桩相比,扩体挤密桩消除负摩阻力效果良好,提高承载力作用显著,受力机制科学合理,为湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供一定的理论依据和参考。

摘要：为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能,基于热-动力理论控制方程,应用大型非线性有限元软件ABAQUS,建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型,对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明:无论是夏季还是冬季,加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加,在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外,在不同地震波峰值加速度作用下,相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同,同一地震烈度地震波激震时,夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大,表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显,土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应,季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。