土层锚杆蠕变特性及工程应用研究

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锚杆(索)因其施工快捷、力学机理明确,经济效果好,被广泛应用于边坡、隧道等加固工程。锚杆与周围岩土体组成的锚固系统在工作过程中,其锚固特性受到很多因素的制约,如材料的蠕变、锚固体与土体的相对位移量及分布、锚固方式、施工方式、岩土体的物理力学性质、人为因素等,锚固方式、施工工艺等一般可以人为设计,但材料的蠕变和岩土体的物理力学性质,在锚固系统工作期间则无法控制,而且它们对锚杆(索)的锚固特性具有决定性的影响,比如岩土体的含水率和蠕变特性是决定锚杆(索)锚固体长期性能最重要的因素。本文依托国家自然科学基金项目(50878082),基于室内模型试验,研究锚杆锚固界面的蠕变特性以及土体含水率的改变对锚固力的影响,继而分析实际工程的锚固系统在工作期间安全系数受含水率变化的影响以及其长期稳定性。论文的主要工作与结论如下。(1)基于自制的锚-土界面摩阻性能测试系统进行了一系列土层锚杆室内拉拔试验,研究了不同饱和度下土层锚杆的拉拔性能,得到了不同含水率下土层锚杆拉拔应力-位移关系曲线,并据此建立了锚固界面极限抗剪强度与土体含水率之间的经验公式。(2)研究了一套简易的土层锚杆室内拉拔蠕变试验装置,进行了不同饱和度下土层锚杆拉拔蠕变试验,引入分级加载和非线性数据处理方法,得到了不同含水率下土层锚杆拉拔蠕变过程应变-时间曲线,建立了土层锚固界面长期抗剪强度与土体饱和度之间的经验公式,分析得到了土层锚杆锚固界面瞬时抗剪强度与长期抗剪强度比值同土体饱和度增长的变化规律。(3)基于土层锚杆室内拉拔蠕变试验,借鉴岩土流变模型理论中的普遍Kelvin模型,建立了一种锚杆拉拔蠕变力学模型,该模型具有参数少,拟合精度高的优点。(4)最后将研究成果运用于某一实际工程案例,分析研究了该锚固系统在土体的不同含水量下和长期强度下的稳定性,为该工程的安全性和耐久性评价提供了重要依据。
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