附加荷載作用下土層錨桿受力特性及病害機(jī)理研究.pdf

1、錨桿技術(shù)廣泛應(yīng)用于邊坡加固、斜坡穩(wěn)定、深基坑支護(hù)、結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)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(duì)錨桿工程進(jìn)行病害調(diào)查、病害機(jī)理研究、準(zhǔn)確掌握在役錨桿是否處于有效的工作狀態(tài)是一項(xiàng)十分重要的工作。
　　 通過模型試驗(yàn)、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(jī)理、水作用下的受力特性

2、及預(yù)應(yīng)力損失規(guī)律、銹蝕及銹脹機(jī)理。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)通過全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿在地面附加荷載作用下的模型試驗(yàn)，研究了土層錨桿的受力特性，試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于邊坡內(nèi)全長(zhǎng)粘結(jié)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(cè)傳遞；地面荷載在錨固系統(tǒng)內(nèi)隨時(shí)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(zhǎng)時(shí)間作用對(duì)坡體的穩(wěn)定有較大的影響，而瞬間作用對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響較小；坡體內(nèi)全長(zhǎng)粘結(jié)型錨

3、桿是一種以受拉為主的“拉彎復(fù)合構(gòu)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(cè)受拉而滑面內(nèi)側(cè)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(yàn)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(dān)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(huì)隨時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，坡頂受力逐漸變小，坡底受力逐漸增大。當(dāng)?shù)孛娓郊雍奢d與水耦合作用時(shí)，滑坡體的范圍擴(kuò)大，錨桿的受力由整體受拉逐漸轉(zhuǎn)

4、變?yōu)檎w受彎，且上層錨桿的受彎作用最大。
　　 (3)在全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了錨桿的有限元分析模型，計(jì)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(jié)果表明：無地面附加荷載時(shí)，錨桿的受力主要來自于土體自重；當(dāng)附加荷載作用時(shí)，坡體內(nèi)的應(yīng)力分布受附加荷載的支配，隨附加荷載的增加，整個(gè)錨固系統(tǒng)的受力重心逐漸由下層錨桿向上轉(zhuǎn)移，且中間錨桿的作用最大。
　　 (4)采用拉拔試驗(yàn)，分析了土體含水量對(duì)土層錨桿極限抗拔力

5、的影響以及預(yù)應(yīng)力損失規(guī)律，結(jié)果表明：土體含水量越大，錨桿極限抗拔力越??；含水量的突然增大，會(huì)使得基本穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力陡然劇增，然后繼續(xù)降低。
　　 (5)應(yīng)用Stang 理論，建立了土層錨桿灌漿體與土體界面脫粘的計(jì)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(dāng)錨桿所受的拉力達(dá)到臨界荷載時(shí)，錨固段外端的剪切力也達(dá)到臨界值，此處界面開裂，發(fā)生脫粘現(xiàn)象；之后，最大剪應(yīng)力隨著裂紋的擴(kuò)展向錨固段遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)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(jié)強(qiáng)度、剪切模量、錨固體的彈性模量、截面積以及長(zhǎng)度有關(guān)。
　　 (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(kuò)展理論。認(rèn)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(dāng)其中一段或多段獨(dú)立的錨固體單元發(fā)生完全脫粘時(shí)，其與土體間相互作用的長(zhǎng)度也相應(yīng)減小，所以極限抗拔力會(huì)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(duì)

7、于變形鋼筋，當(dāng)膠著力破壞后，桿體與灌漿體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，肋的斜向擠壓力對(duì)灌漿體會(huì)產(chǎn)生楔的作用，不僅使灌漿體被擠碎，同時(shí)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(dāng)徑向裂縫向縱深發(fā)展并與斜裂縫相交時(shí)，該范圍內(nèi)灌漿體抗剪強(qiáng)度則會(huì)極大降低，在桿體周圍形成一個(gè)軟化邊界層。軟化邊界層的出現(xiàn)使滑動(dòng)顯著增大，導(dǎo)致鋼筋與灌漿體界面的粘結(jié)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