异形截面中空自钻式锚杆黏结特性研究(附件)
中空自钻式锚杆具有施工工艺简单、成孔率高、工期短、强度高、经济效益好等优点，在岩土工程中得到了越来越广泛的应用。为解决中空自钻式锚杆的排渣不畅带来的缺陷，设计了一种带排渣槽的异形截面中空自钻式锚杆。基于全长黏结式锚杆的黏结应力沿杆体的分布弹性解和残余拉拔力的平均应力假定，对锚杆简化模型和异形截面锚杆的极限抗拔力和残余拉拔力进行了理论分析，并对2槽、3槽、4槽与圆形截面锚杆开展了试验对比研究。结果表明，试验结果与理论分析的吻合度较好，异形截面锚杆的极限抗拔能力和残余拉拔力相较于圆形锚杆均有明显提升，具有良好的应用前景；异形截面锚杆的脱黏特性与圆截面锚杆不同，排渣槽中有砂浆残留，异形截面锚杆的残余拉拔强度由杆体-砂浆界面和砂浆-砂浆的摩擦力共同贡献，提高砂浆强度等级可进一步提高异形截面锚杆的抗拉拔能力。关键词 异形截面，中空自钻式锚杆，理论分析，拉拔试验，黏结特性
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究意义 3
1.4 存在的问题 4
1.5 主要研究内容与技术路线 4
2 锚固理论研究 5
2.1 早期锚固理论 5
2.2 锚杆简化模型分析 6
2.2.1 模型的提出 6
2.3 基于锚杆与浆体界面强度的抗拔力分析 8
2.3.1 锚杆受力分析 8
2.3.2 公式的讨论 8
2.3.3 基于等效半径的拉拔分析 9
3 锚杆初步设计 9
3.1 设计思路与依据 9
3.2 设计目标 10
3.3 技术特点 11
4 实验方案 11
4.1 实验目的 11
4.2 试件制作 11
4.3 实验装置 12
4.4 实验方案 12
5 结果分析 13
5.1 荷载位移结果 13
5.2 整体结果分析 14
5.3 脱黏模式及锚固机制 15
5.4 截面形式对锚固性能的影响 16
结 论 18
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1 研究背景
伴随着国家对新型城镇化的大力推进，城市人口越来越多，挤压着城市空间使之越来越小。扩大城市空间指的不是一味的增加城市面积，所以城市地下空间的利用发展迅速。这促使深基坑开挖、支护技术的发展迈向了新的高度[1]。建筑物的日渐密集，开挖深度的不断加深，基坑支护、降水设计和对周边环境的影响控制难度增大。在工程施工中，岩土锚固技术是解决复杂地质条件下工程施工的重要技术方法，不仅成本低，施工便捷，而且效益好，在基坑支护工程、边坡防护工程、隧道围岩施工工程等领域得到广泛应用。
锚固技术按应用对象分为岩石锚杆、土层锚杆和海洋锚杆；按是否预先施加应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆；按锚固机理分为粘结型锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆；按锚固体传力方式分为压力型锚杆、拉力型锚杆和剪力型锚杆；按锚固体形态分为圆柱型锚杆、端部扩大型锚杆和连续球型锚杆[1]。众多的锚杆品种，可满足在不同的岩土条件、工程对象和工作状态下，合理地选择、设计和采用不同承载能力要求的锚杆[2,3]。
砂浆锚固锚杆通过砂浆的黏结作用，对岩土体进行锚固，能够充分调动和提高岩土体的自承载力和自稳能力，对结构起到加固作用，并缩小结构物体积和减轻结构物自重，节约工程材料，有利于施工安全，被广泛应用于水利水电、铁路交通、城市建设、地下工程、采矿工程等行业[46]。
1.2 研究现状
国内外学者以不同角度对锚杆的工作特性、作用机制、破坏模式进行了研究，取得了丰硕的成果。Y Cai[7]等建立了基于改进的剪切滞后模型的岩石锚杆分析模型，提出了模型的拉拔试验特性，并提出了一种反分析方法，计算界面介质的剪切强度；L B Martín[8]提出了一种能够预测全长粘结锚杆力学性能分析方法，提出了锚杆与围岩之间的本构关系，与拉拔试验的荷载位移曲线吻合度较好；A.M. Ferrero[9]利用模型实验和数值模拟，对不连续岩体销钉模型进行了研究，结果表明，岩层界面处，硬岩中锚杆的破坏模式为受剪和受拉破坏，软岩中锚杆的破坏模式为受拉破坏和受弯破坏；尤春安[10]基于Mindlin弹性位移解，利用变形协调条件，对全长粘结锚杆的荷载分布进行了理论分析，得到了荷载分布的解析解；Ren F F[11]等基于具有残余粘结强度的粘结滑移模型，提出了一种预测注浆全程机械性能的解析解，预测的荷载位移曲线以及分布界面剪切应力和锚杆的轴向应力与试验结果密切吻合。贾新[12]等对玻璃纤维锚杆的拉拔模式、临界粘结长度、拉拔承载力、平均黏结强度与钢锚杆进行了比较研究，对砂浆锚固玻璃纤维锚杆的黏结性能进行了系统全面的评价；尤春安，战玉宝[13]基于预应力锚索锚固体从岩土体中的拔出模式，通过锚固体与灌浆材料的界面界面层变形破坏过程分析，将锚固段分为弹性区、塑性滑移区和脱黏区，建立锚固体岩土体界面力学模型，采用与Coulomb条件关连的流动法则，导出界面应力分布的理论解；陈昌富[14]等自行研发了一种锚土界面摩阻性能测试仪，较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力位移全过程曲线，真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性。另外还有大量的学者，分别从不同的角度出发，探讨了锚杆的破坏模式、作用机制等[1519]，不难发现，现有的锚固理论大多基于拉拔实验得出的，其中锚杆的荷载分布以及锚杆岩土体界面特性是研究的关键问题。
岩土锚固技术最基本的要求就是埋设在岩土体中的锚固体必须提供足够的锚固力，随着岩土锚杆与锚固结构的不断发展，对单根锚杆的锚固力要求愈来愈高，新型的锚固体形式也不断出现[19]。自钻式锚杆施工技术就是近年来发展起来的一种新型锚固工艺，能适应各种复杂地质条件和施工现场环境。施工时将钻进、放杆、注浆、张拉、锚固在一个流程中完成，具有施工工艺简单、成孔率高、工期短、强度高、经济效益好等优点[20]。目前，国内外关于中空自钻式锚杆多集中于应用研究，特别在松散砂土、软土、流塑粘性土、含砂砾层以及有丰富地下水源的特殊地质条件下，中空自钻式锚杆得到了非常广泛的应用[2025]。与常规的锚杆相比，自钻式锚杆还具有适宜各类土层、长度不受限制、塌孔问题少、节省工作量、能在狭窄场所施工以及灌浆体摩擦力及握持力大的优势。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究意义 3
1.4 存在的问题 4
1.5 主要研究内容与技术路线 4
2 锚固理论研究 5
2.1 早期锚固理论 5
2.2 锚杆简化模型分析 6
2.2.1 模型的提出 6
2.3 基于锚杆与浆体界面强度的抗拔力分析 8
2.3.1 锚杆受力分析 8
2.3.2 公式的讨论 8
2.3.3 基于等效半径的拉拔分析 9
3 锚杆初步设计 9
3.1 设计思路与依据 9
3.2 设计目标 10
3.3 技术特点 11
4 实验方案 11
4.1 实验目的 11
4.2 试件制作 11
4.3 实验装置 12
4.4 实验方案 12
5 结果分析 13
5.1 荷载位移结果 13
5.2 整体结果分析 14
5.3 脱黏模式及锚固机制 15
5.4 截面形式对锚固性能的影响 16
结 论 18
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1 研究背景
伴随着国家对新型城镇化的大力推进，城市人口越来越多，挤压着城市空间使之越来越小。扩大城市空间指的不是一味的增加城市面积，所以城市地下空间的利用发展迅速。这促使深基坑开挖、支护技术的发展迈向了新的高度[1]。建筑物的日渐密集，开挖深度的不断加深，基坑支护、降水设计和对周边环境的影响控制难度增大。在工程施工中，岩土锚固技术是解决复杂地质条件下工程施工的重要技术方法，不仅成本低，施工便捷，而且效益好，在基坑支护工程、边坡防护工程、隧道围岩施工工程等领域得到广泛应用。
锚固技术按应用对象分为岩石锚杆、土层锚杆和海洋锚杆；按是否预先施加应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆；按锚固机理分为粘结型锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆；按锚固体传力方式分为压力型锚杆、拉力型锚杆和剪力型锚杆；按锚固体形态分为圆柱型锚杆、端部扩大型锚杆和连续球型锚杆[1]。众多的锚杆品种，可满足在不同的岩土条件、工程对象和工作状态下，合理地选择、设计和采用不同承载能力要求的锚杆[2,3]。
砂浆锚固锚杆通过砂浆的黏结作用，对岩土体进行锚固，能够充分调动和提高岩土体的自承载力和自稳能力，对结构起到加固作用，并缩小结构物体积和减轻结构物自重，节约工程材料，有利于施工安全，被广泛应用于水利水电、铁路交通、城市建设、地下工程、采矿工程等行业[46]。
1.2 研究现状
国内外学者以不同角度对锚杆的工作特性、作用机制、破坏模式进行了研究，取得了丰硕的成果。Y Cai[7]等建立了基于改进的剪切滞后模型的岩石锚杆分析模型，提出了模型的拉拔试验特性，并提出了一种反分析方法，计算界面介质的剪切强度；L B Martín[8]提出了一种能够预测全长粘结锚杆力学性能分析方法，提出了锚杆与围岩之间的本构关系，与拉拔试验的荷载位移曲线吻合度较好；A.M. Ferrero[9]利用模型实验和数值模拟，对不连续岩体销钉模型进行了研究，结果表明，岩层界面处，硬岩中锚杆的破坏模式为受剪和受拉破坏，软岩中锚杆的破坏模式为受拉破坏和受弯破坏；尤春安[10]基于Mindlin弹性位移解，利用变形协调条件，对全长粘结锚杆的荷载分布进行了理论分析，得到了荷载分布的解析解；Ren F F[11]等基于具有残余粘结强度的粘结滑移模型，提出了一种预测注浆全程机械性能的解析解，预测的荷载位移曲线以及分布界面剪切应力和锚杆的轴向应力与试验结果密切吻合。贾新[12]等对玻璃纤维锚杆的拉拔模式、临界粘结长度、拉拔承载力、平均黏结强度与钢锚杆进行了比较研究，对砂浆锚固玻璃纤维锚杆的黏结性能进行了系统全面的评价；尤春安，战玉宝[13]基于预应力锚索锚固体从岩土体中的拔出模式，通过锚固体与灌浆材料的界面界面层变形破坏过程分析，将锚固段分为弹性区、塑性滑移区和脱黏区，建立锚固体岩土体界面力学模型，采用与Coulomb条件关连的流动法则，导出界面应力分布的理论解；陈昌富[14]等自行研发了一种锚土界面摩阻性能测试仪，较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力位移全过程曲线，真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性。另外还有大量的学者，分别从不同的角度出发，探讨了锚杆的破坏模式、作用机制等[1519]，不难发现，现有的锚固理论大多基于拉拔实验得出的，其中锚杆的荷载分布以及锚杆岩土体界面特性是研究的关键问题。
岩土锚固技术最基本的要求就是埋设在岩土体中的锚固体必须提供足够的锚固力，随着岩土锚杆与锚固结构的不断发展，对单根锚杆的锚固力要求愈来愈高，新型的锚固体形式也不断出现[19]。自钻式锚杆施工技术就是近年来发展起来的一种新型锚固工艺，能适应各种复杂地质条件和施工现场环境。施工时将钻进、放杆、注浆、张拉、锚固在一个流程中完成，具有施工工艺简单、成孔率高、工期短、强度高、经济效益好等优点[20]。目前，国内外关于中空自钻式锚杆多集中于应用研究，特别在松散砂土、软土、流塑粘性土、含砂砾层以及有丰富地下水源的特殊地质条件下，中空自钻式锚杆得到了非常广泛的应用[2025]。与常规的锚杆相比，自钻式锚杆还具有适宜各类土层、长度不受限制、塌孔问题少、节省工作量、能在狭窄场所施工以及灌浆体摩擦力及握持力大的优势。
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