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1、第33卷第6期河海大学学报(自然科学版)Vol.33No.62005年11月JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Nov.2005锚杆加固机理的试验研究现状方从严,卓家寿(河海大学土木工程学院,江苏南京210098)摘要:从锚杆形状和灌浆体特性对锚杆抗拔承载力的影响,锚杆的倾斜角、节理面的粗糙度、锚杆长度及直径等加锚设计参数对加固效果的影响,锚杆加固对岩体的弹性模量、抗压强度、内摩擦角、凝聚力和渗透系数等岩体参数的影响3个方面介绍了国内外相关的试验研究成果,讨论了岩体锚固的试验研究中存在的问题
2、及进一步的研究方向.关键词:岩体;锚杆;锚固机理;试验中图分类号:TU323文献标识码:A文章编号:1000O1980(2005)06O0696O05在众多的岩体工程中,经常需要进行大范围的开挖.开挖卸荷和地应力释放可能会危及岩体的稳定性.为此,在开挖前后施加各类加固锚件以改善岩体工作条件,提高岩体的稳定性.大量工程实践表明,岩体加锚[1,2]增稳的效果是十分显著的.为了研究锚杆在岩体中的传力机理及其受力状态,近10多年来,许多专家学者从不同角度对锚杆进行了现场测试或室内模拟试验,取得了一些可喜的成果.1锚杆抗拔承载力的试验研究锚杆的抗
3、拔力是指锚杆的锚固体与岩体紧密结合后抵抗外拉力的能力.影响锚杆抗拔能力的因素很多,而锚杆形状和灌浆体特性是其主要影响因素,相关研究也比较活跃.1.1试验研究现状[3]Kilic等进行了锚杆形状对锚杆抗拔能力影响的试验研究.该试验选取一组带突缘或带肋的锚杆进行了抗拔承载力的比较研究,得出以下结果:(a)失效模式的观察.锚杆与灌浆体接触面的失效主要出现在对光滑锚杆的试验上,这类失效模式的抗拔承载力也最小;沿灌浆体周围的失效在带有1个突缘、2个突缘、3个60°的突缘及带肋锚杆的试验中均已观察到;锚杆本身的失效出现在锚杆带有3个突缘、其角度β为
4、15°,30°和45°角的试验中,锚杆被拉断.这类失效模式的最大屈服荷载达118kN.(b)随着锥形突缘角度的不断增加,其抗拔承载力呈减小的趋势.[4]Kilic等进行了另一试验,研究了不同灌浆体特性对锚杆抗拔能力的影响.试验比较了不同水灰比(0134,0136,0138,0140)、不同锚孔深度(15～32cm)、不同添加剂(硅质砂,粉煤灰)和水泥砂浆在不同养护时间下的锚固体承载力.抗拔破坏试验中可以看到锚固体的失效面均发生在锚杆与砂浆的接触面上.试验结果表明:锚固体的承载力随锚杆直径和锚孔深度的增加而增加;水灰比和砂浆的养护时间对承
5、载力有比较大的影响;随砂浆的抗剪强度和弹模的增加,锚固体的承载力也呈增加的趋势.[5]Benmokrane等对钢绞线和螺纹钢分别进行了锚固长度、灌浆用水泥砂浆的水灰比、添加剂对其抗拔承载力影响的试验,结果表明:钢绞线与灌浆体之间的平均最大剪应力值低于螺纹钢与灌浆体之间的平均最大剪应力值,这两者的荷载传递机理也不同.[6]Benmokrane等还对玻璃纤维锚杆的锚固特性进行了实验室试验和现场测试,结果表明:压痕或表面的变形对玻璃纤维锚杆的黏结强度有非常大的影响,同时由于其弹模较低,玻璃纤维锚杆比钢锚杆更易产生滑移.[7]Jeng等利用模型
6、试验,研究带扩孔锚杆分别在直接施加拉力和预应力下的锚固机理,观察到:(a)将锚收稿日期:2005O04O10基金项目:安徽省高等学校自然科学基金资助项目(2005KJ389zc)作者简介:方从严(1966—),男,安徽桐城人,副教授,博士研究生,主要从事结构非线性分析的研究.©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第6期方从严,等锚杆加固机理的试验研究现状697杆从岩体中拔出的主要障碍来自底部
7、扩体,拉拔锚杆时将在岩体内产生拉应力;(b)锚杆的拔出力随锚杆的锚固长度L、底部扩体的直径D及L/(D-d)的增大而增大(d为锚杆的直径);(c)垫板的尺寸应与底部扩体尺寸同比例增加,至少亦应和底部扩体尺寸相同.[8]荣冠等进行了螺纹钢锚杆与圆钢锚杆对比试验,研究以螺纹钢为杆体的全长黏结砂浆锚杆锚固机理.试验结果表明:拉拔条件下螺纹钢受力范围相对圆钢小且衰减快;螺纹钢周边浅部黏结物应力水平高于圆钢周边黏结物应力水平,且其变形破坏更显著;螺纹钢以屈服形式破坏而圆钢则整体拔出.1.2机理分析锚杆特性对锚杆抗拔能力的影响主要体现在锚杆表面与灌
8、浆体之间的相互作用.锚杆与灌浆体之间的黏结是岩锚体系中一个非常薄弱的环节,它包括锚杆表面与灌浆体间的物理黏结,钢筋的肋节、螺纹、凹凸等在灌浆体中形成的机械联锁以及它们之间的摩擦力.在锚杆与灌浆体之间的结合破
