附加荷載作用下土層錨桿受力特性及病害機理研究.pdf

1、錨桿技術廣泛應用于邊坡加固、斜坡穩(wěn)定、深基坑支護、結構加固和硐室穩(wěn)定等工程中。錨桿的使用狀態(tài)隨著環(huán)境的作用和變遷發(fā)生著各種變化，如預應力的損失、漿體和鋼筋體的腐蝕、斷裂等，這些病害極大影響錨桿的工作狀態(tài)。對錨桿工程進行病害調(diào)查、病害機理研究、準確掌握在役錨桿是否處于有效的工作狀態(tài)是一項十分重要的工作。
　　 通過模型試驗、數(shù)值模擬和理論分析，著重研究了土層錨桿在附加荷載作用下的受力特性和破壞特征、界面脫粘機理、水作用下的受力特性

2、及預應力損失規(guī)律、銹蝕及銹脹機理。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)通過全長粘結型錨桿在地面附加荷載作用下的模型試驗，研究了土層錨桿的受力特性，試驗結果表明：對于邊坡內(nèi)全長粘結型錨桿，滑坡體的下滑力首先作用于錨頭和滑面處錨桿，然后通過錨桿和土體間的剪切作用向兩側傳遞；地面荷載在錨固系統(tǒng)內(nèi)隨時間的作用效果表現(xiàn)為“先增大，后降低”的規(guī)律，即地面附加荷載長時間作用對坡體的穩(wěn)定有較大的影響，而瞬間作用對坡體的穩(wěn)定性影響較小；坡體內(nèi)全長粘結型錨

3、桿是一種以受拉為主的“拉彎復合構件”，即在地面附加荷載作用下，中上層錨桿表現(xiàn)為滑面外側受拉而滑面內(nèi)側受彎，下層錨桿則表現(xiàn)為整體受拉狀態(tài)。
　　 (2)通過集中錨固型錨桿模型試驗得出，壓力型錨桿的抗滑性能優(yōu)于拉力型錨桿，在同一坡體內(nèi)，前者分擔的荷載是后者的1.5～2 倍左右。在荷載作用過程中，錨桿的受力都會隨時間進行調(diào)整，坡頂受力逐漸變小，坡底受力逐漸增大。當?shù)孛娓郊雍奢d與水耦合作用時，滑坡體的范圍擴大，錨桿的受力由整體受拉逐漸轉

4、變?yōu)檎w受彎，且上層錨桿的受彎作用最大。
　　 (3)在全長粘結型錨桿試驗的基礎上建立了錨桿的有限元分析模型，計算得出了各層錨桿在有無地面附加荷載作用下的受力特性。結果表明：無地面附加荷載時，錨桿的受力主要來自于土體自重；當附加荷載作用時，坡體內(nèi)的應力分布受附加荷載的支配，隨附加荷載的增加，整個錨固系統(tǒng)的受力重心逐漸由下層錨桿向上轉移，且中間錨桿的作用最大。
　　 (4)采用拉拔試驗，分析了土體含水量對土層錨桿極限抗拔力

5、的影響以及預應力損失規(guī)律，結果表明：土體含水量越大，錨桿極限抗拔力越?。缓康耐蝗辉龃?，會使得基本穩(wěn)定的預應力陡然劇增，然后繼續(xù)降低。
　　 (5)應用Stang 理論，建立了土層錨桿灌漿體與土體界面脫粘的計算模型，推出了土層錨桿灌漿體與土體界面脫粘的理論判據(jù)。當錨桿所受的拉力達到臨界荷載時，錨固段外端的剪切力也達到臨界值，此處界面開裂，發(fā)生脫粘現(xiàn)象；之后，最大剪應力隨著裂紋的擴展向錨固段遠端轉移；最后整體發(fā)生脫粘，錨固體被拔

6、出。臨界荷載與界面粘結強度、剪切模量、錨固體的彈性模量、截面積以及長度有關。
　　 (6)根據(jù)Phillips 公式，提出了錨桿桿體與灌漿體界面脫粘的裂紋擴展理論。認為，與完整的錨固體相比，開裂錨固體的脫粘速度要大的多；而且，當其中一段或多段獨立的錨固體單元發(fā)生完全脫粘時，其與土體間相互作用的長度也相應減小，所以極限抗拔力會大大減小。
　　 (7)通過分析土層錨桿的界面特征，提出了桿體與灌漿體界面脫粘的軟化邊界層理論。對

7、于變形鋼筋，當膠著力破壞后，桿體與灌漿體發(fā)生相對滑動，肋的斜向擠壓力對灌漿體會產(chǎn)生楔的作用，不僅使灌漿體被擠碎，同時使外圍灌漿體出現(xiàn)內(nèi)部斜裂縫及徑向裂縫。隨著荷載的增大，裂縫逐漸向縱向及外圍發(fā)展。當徑向裂縫向縱深發(fā)展并與斜裂縫相交時，該范圍內(nèi)灌漿體抗剪強度則會極大降低，在桿體周圍形成一個軟化邊界層。軟化邊界層的出現(xiàn)使滑動顯著增大，導致鋼筋與灌漿體界面的粘結退化。
　　 (8)根據(jù)鋼筋銹蝕原理，通過分析土層錨桿的工作環(huán)境，得出無腐