不同直径锚杆与砂浆相互作用的试验研究

通过试验分析了不同直径的锚杆与不同钻孔孔径的砂浆试块的匹配关系。试验中采用静力加载实验机对不同孔径的锚固试件进行拉拔试验,获得了不同直径条件下锚杆的破坏形式和力学行为。其中匹配效果好的锚固破坏形式以锚杆与锚固剂整体拔出为主,匹配效果差的锚固破坏形式为锚杆光滑拔出。通过分析拉拔关系曲线,得出了不同孔径间的匹配关系对锚杆拉拔力的作用程度。通过试验,得出了"三径匹配"最优区间在6 mm～11 mm的结论,对今后工程施工具有一定的指导意义。     

岩石GFRP抗浮锚杆承载性能室内试验与机理分析

基于4根岩石GFRP抗浮锚杆的室内足尺拉拔破坏性试验,探讨了风化岩地基中全长黏结GFRP抗浮锚杆的界面黏结特性和承载性能,揭示了GFRP锚杆的细观破坏机理。结果表明:GFRP抗浮锚杆发生拔出破坏,主要是由螺纹表面劣化所引起的剪胀破坏;直径25mm、灌浆体强度M30、锚固长度1.3和0.55m的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力分别为255、195kN,满足工程抗浮要求;GFRP抗浮锚杆杆体与灌浆体界面平均黏结强度介于2.41~5.10MPa之间,高于《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB 50086—2015)中钢锚杆与灌浆体的黏结强度推荐值。     

BFRP砂浆锚杆锚固黏结性能试验研究

通过6组BFRP砂浆锚杆拉拔试验,研究了BFRP砂浆锚杆的锚固黏结性能,分析了锚固长度、筋材直径、筋材表面特征对其黏结-滑移关系、锚杆杆体轴力分布、锚杆界面剪切应力分布的影响。结果表明：试验条件下水泥砂浆强度为27.49 MPa时,试件的破坏形态分为拔出破坏和劈裂破坏两类;锚固长度由5cm增加至10、15 cm时,黏结强度分别降低42.5%、67.78%;筋材直径由12.6 mm减至10、8 mm时,黏结强度分别增加20.61%、42.22%;与光面BFRP筋相比,黏砂BFRP筋黏结强度增加4.42%,峰值滑移量减少24.21%;锚杆杆体轴力自加载端沿杆体呈降低趋势,极限荷载时,杆体轴力均传递至锚固末端,BFRP砂浆锚杆有效锚固长度大于15 cm;锚杆界面剪切应力分布呈先上升后下降的单峰形式,峰值位置随荷载增加逐渐向锚固末端转移,同一荷载等级下,随锚固长度的增加,峰值应力越高。     

新型全长多点楔胀式管缝锚杆(竹节式锚杆)的试验研究

全长多点楔胀式管缝锚杆(竹节式锚杆)是一种作用机理及结构与普通锚杆均有所不同的新型锚杆，其锚固力由锚杆杆体与岩体的摩擦力、锚杆杆端的锚固力与多点楔胀力所提供的。对新型锚杆进行了数值模拟和物理试验，其实验室试验证实，新型锚杆的拉拔力比普通锚杆的拉拔力提高39％。结果表明，此种锚杆具有优异的力学性能、施工方便，完全可以在工程支护领域中推广应用。     

GFRP与钢筋抗浮锚杆承载特性试验研究

为深入了解GFRP锚杆的锚固特性,研究了GFRP抗浮锚杆代替传统钢筋锚杆用于地铁抗浮工程的可行性,以解决地铁抗浮中杂散电流对金属锚杆的锈蚀,满足永久性抗浮的要求。本课题组在前期对钢筋锚杆通过粘贴应变片进行杆体应力测试的基础上,又对植入光纤光栅传感器的GFRP锚杆进行现场拉拔试验,进一步研究GFRP锚杆的锚固机理与杆体应力分布。对比分析了钢筋锚杆与GFRP锚杆的破坏形态和杆体轴向应力与黏结应力分布规律的异同。分析认为:GFRP抗浮锚杆的破坏形态与钢筋锚杆有所不同,二者的轴力与剪应力的总体分布规律相似,但轴力和剪应力沿锚固深度的衰减速率和同级别荷载下相同深度处的应力水平有所差异;GFRP抗浮锚杆的锚固承载力可达到钢筋抗浮锚杆的水平且锚头位移可满足工程要求。     

囊式扩体锚杆现场试验及数值分析

相比于传统锚杆,囊式扩体锚杆在杆体端部增加了橡胶囊袋,通过注浆膨胀可以形成高质量的锚固体。该类新型锚杆承载力高且具有良好的耐久性,在国内工程中已有不少的成功案列。但是目前关于囊式扩体锚杆的理论研究较少,进一步的推广受到了限制。通过现场试验和数值模拟,对囊式扩体锚杆的承载特性和囊袋膨胀的影响机理进行了研究。结果表明,端承力随着拉拔荷载的增大,在承载力中占比大;不均匀的囊袋膨胀体进一步提升了锚固效果。     

涨壳式预应力中空锚杆支护效果及注浆工艺改进研究

为了研究涨壳式预应力中空锚杆对深埋隧道的支护效果,并对现有注浆工艺提出改进措施,依托中兰铁路香山隧道工程,采用有限差分数值分析软件FLAC3D,对比分析了普通砂浆锚杆和涨壳式预应力中空锚杆支护作用下的隧道围岩变形及应力状态变化情况; 开展现场锚固试验研究,分析了锚杆长度和注浆体龄期对锚杆锚固效果的影响; 进行现场注浆试验研究,分析了注浆方式和注浆压力对涨壳式预应力中空锚杆注浆密实度的影响,并对现有注浆工艺提出了改进措施。结果表明:与普通砂浆锚杆相比,涨壳式预应力中空锚杆控制围岩变形、改善围岩应力状态等的效果更佳,其中围岩变形可减小约40%; 相比于锚固长度,注浆体养护龄期对涨壳式预应力中空锚杆的支护效果影响更为显著,当养护龄期为28 d时,支护效果可提升50.12%; 采用中空杆体内注浆方式时,注浆压力需大于0.8 MPa方可达到最佳效果,且该注浆方式适用于涨壳式预应力中空锚杆水平或向下安装; 采用中空杆体外注浆方式时,宜采用更大的注浆压力,且该注浆方式适用于锚杆向上安装; 改进后的锚杆注浆口可以有效防止漏浆,保证了注浆的密实度,对保护锚杆和加强锚杆与地层联结均有积极作用。     

大直径内置光纤光栅玻璃纤维增强聚合物锚杆梁杆黏结试验

 纤维增强聚合物筋是一种新型复合材料,具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,用其替代钢筋用于边坡加固是解决锚杆耐久性问题的途径之一。采用内置光纤光栅的GFRP筋制作锚杆结构模型,用空心液压千斤顶施加拉拔荷载,用光栅传感技术监测杆体应变,研究大直径喷砂GFRP锚杆在框架梁锚固条件下的受力破坏机制。研究表明,本试验大直径25 mm GFRP锚杆在拉拔力、平均黏结强度方面均达到相同直径螺纹钢筋锚杆的设计指标,最合理的框架梁厚度为30～40 cm;瞬时荷载循环对GFRP锚杆界面黏结状态无明显影响;持续荷载作用下杆体界面的黏结状态会发生蜕化,随时间延续蜕化向深部扩展,荷载越大扩展深度越大,蜕化速度越快;光纤光栅监测技术是发现和观察锚杆界面黏结状态蜕化过程的有效手段。     

全螺纹GFRP黏结型锚杆锚固性能试验研究

 通过全螺纹GFRP锚杆的改进拉拔试验,测试与分析全螺纹GFRP锚杆在锚固工程中与岩体的黏结性能,并推导出GFRP锚杆的锚固承载力设计公式,给出GFRP锚杆锚固设计各参数的确定方法,以便于全螺纹GFRP锚杆在工程中的应用。试验测试项目包括砂浆强度、锚固长度、锚杆直径等对于全螺纹GFRP锚杆锚固力的影响,以及GFRP锚杆杆体黏结应力分布。测试发现：锚固力随砂浆强度、锚固长度、锚杆直径的增大而增大;黏结强度则随砂浆强度等级增大,但随锚固长度和锚杆直径的增大而减小。分析认为：采用全螺纹GFRP锚杆进行工程锚固时,全螺纹GFRP锚杆的直径可取12～32 mm,锚固长度应大于20倍的锚杆直径,锚固砂浆的强度等级为M15以上。     

砂浆粘结GFRP锚杆试验研究

通过对直径为 2 5mm的GFRP螺纹杆的材性试验和灌浆锚固下的拉拔力测试试验 ,研究了GFRP锚杆的锚固性能。研究表明 ,GFRP螺纹杆的抗拉能力高于同等直径的钢筋 ,但是 ,并没有充分发挥GFRP材料的潜力。从拉拔力试验看到 ,GFRP材料的荷载 -滑移曲线与螺纹钢相似 ;GFRP螺纹杆能承受的最大拉拔力比同直径螺纹钢要小 30 %左右 ,表明一般的砂浆锚固不能充分发挥GFRP的材料优势。     

拉力型土工布加筋复合锚杆锚固界面应力传递试验分析

土工布复合锚杆是一种可应用于松散地层锚固工程的新型锚锭结构。以某滑坡治理工程为平台,开展了拉力型土工布加筋复合锚杆锚固体与破碎岩土体界面间应力传递规律的实测研究。现场试验结果表明,土工布的加筋鼓胀作用调整了锚固体与破碎岩土体接触界面的应力分布,土工布加筋复合锚杆锚固段近端存在稍长的应力协调缓冲段,随着荷载增大,黏结应力峰值向锚固段深部转移的现象不明显;实测破碎岩土体中拉力型土工布加筋复合锚杆主要抗力区域分布在3.0~13.0 m之间,即有效锚固体长度以不超过15 m为宜,过长的锚固长度对提高锚杆抗拔力意义不大;在松散破碎岩土体中应用土工布加筋复合锚杆技术能起到提高锚固力与节约成本的双重作用。     

防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究

针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。     

恒阻大变形锚杆力学特性及其工程应用

 传统刚性锚杆允许巷道围岩的变形量一般均在200 mm以下,不能适应巷道围岩大变形破坏而被拉断失效。自主研发的恒阻大变形锚杆能提供恒定工作阻力和稳定变形量,该锚杆主要由恒阻装置和弹性杆体组成,适应于软岩巷道、深部巷道的围岩支护,可以有效控制冲击地压等工程灾害。利用自主研发的恒阻大变形锚杆(索)试验系统对恒阻大变形锚杆进行室内力学特性试验,试验结果表明,恒阻范围内累计变形量最大值可达1 000 mm。在我国典型深部软岩矿井巷道支护进行现场科学试验,效果良好。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

 针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明：冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

新型玻璃纤维增强塑料砂浆锚杆的黏结性能试验研究

锚杆广泛应用于隧道、边坡、地下硐室开挖及支护工程中。通过锚杆的支护加固，岩土体的强度和稳定性能够得到显著的改善和提高。传统的钢锚杆在不良地质条件下存在锈蚀严重的缺点，给支护结构的安全性和耐久性带来严重威胁。玻璃纤维增强塑料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，是代替钢筋制作锚杆的理想材料之一。在经典拉伸试验模型的基础上，结合锚杆本身的受力特性，建立一种改进的拉伸试验模型，并且根据此试验模型，对直径分别为10，13，16mm的表面经过喷砂和缠绕纤维束处理的玻璃纤维增强塑料锚杆，以及直径为25mm的螺纹钢进行拉伸试验，试样的总数量为24组。试验采用强度等级为C60的混凝土模拟岩体，并采用强度等级分别为41．5，55．5MPa的砂浆作为锚固剂。在试验结果基础上，对玻璃纤维增强塑料锚杆的拉拔破坏模式、临界黏结长度、拉拔承载力、平均黏结强度以及与钢锚杆拉拔性能的比较进行研究讨论，对砂浆锚固玻璃纤维增强塑料锚杆的黏结性能进行系统全面的分析评价，为推广玻璃纤维增强塑料锚杆的工程应用、相关规范的制定，以及进一步研究工作提供一定数据储备和理论支持。     

8.8级拼接锚栓单向拉伸试验

为了研究采用钢螺纹套筒连接2个8.8级螺栓所组成的拼接锚栓的拉伸性能,对12组36个8.8级拼接锚栓试件进行拉伸试验,以确定不同直径的螺栓和钢螺纹套筒的连接长度,进而确定不同直径锚栓钢螺纹套筒的下料长度; 为了确定套筒连接的影响,对4组12个8.8级螺栓进行拉伸试验,并与拼接锚栓试件试验结果进行对比分析。结果表明:当螺杆直径d为16 mm,两螺杆与钢螺纹套筒的连接长度均为0.75d(螺杆拧入套筒7丝扣)时,试件的破坏均为螺杆从钢螺纹套筒中拔出,其余拼接锚栓试件破坏均为套筒外螺杆被拉断; 在相同连接长度下,不同直径不同螺距试件的螺杆螺纹平均挤压应力、平均剪切应力、平均弯曲应力大小相差很小,说明在螺杆与钢螺纹套筒连接长度范围内,3种应力的大小只与直径倍数的连接长度有关; 同一直径螺杆单边连接长度越小,拼接锚栓拉伸变形能力越好,拼接锚栓的延性越好,建议螺杆与套筒单边连接长度为螺杆直径的1倍(16,20,24 mm直径的螺杆拧入套筒9丝扣,27 mm直径的螺杆拧入套筒10丝扣),这样既能保证不发生螺杆从套筒中拔出的现象,也能使锚栓有较好的延性; 螺杆试件抗拉强度比拼接锚栓试件略高,但相对于螺杆刚度,拼接锚栓试件刚度略有退化。     

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。     

软弱破碎岩体中锚杆抗拔受力机理及试验研究

为深入了解锚杆的锚固机理及其在软弱破碎围岩中的加固效果,开展了一系列针对不同材质、不同锚固刻距的锚杆抗拔力试验。通过对试验结果的分析和研究,得出了如下结论:在软弱破碎围岩中,锚杆的失效主要是灌浆体与岩土体之间的剪切破坏所致;当外荷载较小时,锚杆、灌浆体和岩土体协同受力,但当荷载增大到一定程度后,锚固体与岩体之间就会进入剪切屈服状态,并在达到峰值强度后破坏;锚杆体的线性刚度值越大,对应的抗拔力也就越大;在模型试验中,合理选择锚杆的线性刚度和间距对于准确模拟锚杆的锚固效果至关重要。     

让压中空涨壳注浆锚杆在大变形隧道的应用

在高地应力软岩大变形隧道施工中,采用了让压中空涨壳注浆锚杆技术,通过综合应用钢质涨壳锚固、让压锚具合理滑移、垫板承托受力、中空注浆等技术,改善了系统锚杆参与受力的同时参与让压形变,合理将主动支护与被动支护相结合,有效的抑制了围岩开挖后收敛及沉降变形过大,控制了变形侵限,确保了施工安全。