【摘 要】
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压力注浆锚杆由于承载力高、经济性好和施工简便等技术优点在施工现场受到了广泛的应用。注浆压力直接影响锚-土界面粘结强度,进而影响锚杆的承载性能。因此,研究清楚注浆压力对锚杆锚-土界面粘结特性的影响对压力注浆锚杆的设计与施工具有重要的理论和工程意义。为此,本文主要完成的工作以及获得的成果如下:(1)首先,针对湖南省衡阳市某边坡施工现场的红黏土开展了物理力学性质试验,获得了试验用土的物理力学性质指标。其
【基金项目】
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国家自然科学基金(41572298)
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压力注浆锚杆由于承载力高、经济性好和施工简便等技术优点在施工现场受到了广泛的应用。注浆压力直接影响锚-土界面粘结强度,进而影响锚杆的承载性能。因此,研究清楚注浆压力对锚杆锚-土界面粘结特性的影响对压力注浆锚杆的设计与施工具有重要的理论和工程意义。为此,本文主要完成的工作以及获得的成果如下:(1)首先,针对湖南省衡阳市某边坡施工现场的红黏土开展了物理力学性质试验,获得了试验用土的物理力学性质指标。其次,基于自行研制的压力注浆装置、击实装置和钻孔装置制作了锚杆微元体试样。再次,采用万能试验机对压力注浆锚杆微元体开展了瞬时拉拔试验,得到了24个不同土体饱和度Sr与注浆压力pi的锚杆微元体剪切应力-剪切位移曲线(即τ–s曲线),分析获得了粘结强度τu。最后,通过回归分析,得到了压力注浆锚杆锚-土界面粘结强度τu与注浆压力pi及土体饱和度Sr的关系式。(2)建立了压力注浆锚杆锚-土界面剪切模型的表达式,利用该模型对一部分压力注浆锚杆微元体的τ–s曲线进行拟合,发现拟合曲线与试验曲线比较吻合。此外,采用二阶多项式模型对模型参数、试样的饱和度Sr和注浆压力pi进行拟合,得到了模型参数的经验计算式,由此建立出考虑注浆压力pi和饱和度Sr的锚-土界面剪切模型。利用自行建立的τ–s曲线模型以及模型参数的经验计算式可以根据锚杆微元体的土体饱和度Sr和注浆压力pi预测其τ–s曲线。对未参与拟合的τ–s曲线进行预测,结果表明所建立的界面剪切模型预测精度较高。(3)将压力注浆锚杆锚-土界面的法向相互作用分为压力注浆时锚孔扩张和浆液硬化成锚固体后其表面上法向应力衰减两个阶段。首先,基于弹塑性圆孔扩张理论,推导出压力注浆时锚孔扩张半径Ru计算式;然后,引入粘弹-塑性圆孔扩张理论,推导出考虑土体时变特性的锚固体表面上法向应力σn计算式;其次,基于库伦抗剪强度公式,建立了压力注浆锚杆锚-土界面粘结强度的理论分析计算方法;最后,采用压力注浆锚杆微元体锚-土界面粘结强度试验结果与文献[1]提供的压力注浆土钉拉拔试验结果,共同验证了本文方法的可靠性。(4)采用自行建立的压力注浆锚杆锚-土界面剪切模型对压力注浆锚杆进行荷载传递分析,给出了压力注浆锚杆荷载传递微分方程的数值解法。分析了锚杆长度L、注浆压力pi以及土体饱和度Sr对压力注浆锚杆锚-土界面粘结特性的影响,结果表明注浆压力pi与锚杆长度L越大,压力注浆锚杆的拉拔力峰值越大,对应的峰值位移越大;相反,土体饱和度Sr越大,压力注浆锚杆的拉拔力峰值与峰值位移越小。
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