岩土锚固技术在实际工程中有广泛的应用,特别是20世纪90年代以来,压力分散型锚索才开始在我国的一些工程中得到了应用和发展,对锚固机理的研究虽然做了一些工作,但还未获得公认的成果,影响了这种锚索的进一步推广应用。结合工程界目前广泛关注的热点和难点问题,通过理论分析、地质力学模型试验和数值模拟计算,研究了压力分散型锚索的锚固机理,并在此基础上开展了设计计算方法的研究。取得的主要成果如下：(1)揭示了锚索体系的受力和变形特征。压力分散型锚索通过承压板将锚索的张拉力转换成作用在各单元锚索注浆体上的压力后,锚索体系表现出三种受力和变形特征：其一,注浆体承受压力作用后会发生径向膨胀变形,浆体周围的岩土体会对这种变形施加约束从而给浆体施加了径向压力,由此在孔壁即浆-岩界面产生的摩阻力是提高锚固力的重要原因；其二,若浆-岩界面的抗剪强度不足或锚固段长度较短,各锚索单元张拉荷载较大时,各单元锚索上的压力在传递过程中会相互影响,发生应力叠加现象；其三,在单元锚索的连接处即承压板处会出现拉应力,该处拉压变形不协调会造成此处注浆体开裂。(2)研制了新的模型试验设备。压力分散型锚索将张拉力以压力的形式分散作用在各单元锚索的注浆体上,各单元锚索的受力和变形特性及其相互影响,是锚固机理研究的重要内容。为此研制了一套新的地质力学模型试验设备和相应试验方法,可对压力分散型锚索的各单元锚索进行分级循环张拉,研究各单元锚索的受力特征和传力机制。(3)提出了基于注浆体径向膨胀变形的锚固力提高值的计算公式。根据受压注浆体的径向膨胀变形特性得到了单元锚索轴向应力和剪应力按负指数函数变化的分布规律,单元锚索承载体处的轴向应力和剪应力为其最大值,以后随注浆体长度的增加而逐渐减小。压力分散型锚索较拉力型锚索锚固力提高的原因在于注浆体径向膨胀变形会受到径向约束压力作用,并同时产生了摩阻力,锚固力提高值τa可按照公式τa=Pm tanφ／(3S)计算。(4)提出了单元锚固段长度的计算公式。坚硬岩体对注浆体径向膨胀变形的约束较大,各锚索单元上的压力在传递过程中不会相互影响,也不会发生应力叠加现象。软弱岩土体对注浆体径向膨胀变形的约束较小,各锚索单元间的应力会相互影响,容易发生应力叠加现象。根据剪应力提高值L和浆-岩界面固有粘结力C值,提出了不发生应力叠加现象条件下单元锚固段长度的计算公式,即lsa=P/πD(τa+C)](5)提出了注浆体压缩变形的验算方法。各单元锚索的承载体连接了前后两个单元锚索,张拉荷载通过承压板给本级单元锚索注浆体施加压力的同时,也给与之相连的孔底或单元锚索注浆体施加了拉力。在此连接处的拉压变形不协调时会造成该处出现裂纹而影响锚固效果。基于连接处的拉压变形特性,提出了以注浆体压缩位移来验算注浆体的变形程度,并给出了验算方法和公式:σ0/βE≤[S0],为控制注浆体变形和开裂提供了理论参考。(6)对现有设计方法提出了改进建议。本文在压力分散型锚索锚固机理、锚固力提高的原因、各锚索单元间的压力传递以及承载体处注浆体的受力与变形等方面取得了较好成果,现有设计方法在这些方面存在不足。在详细分析现有设计方法的基础上,提出了补充和改进建议。