岩土锚固技术在各类边坡工程、坝基工程、深基坑工程得到广泛应用。膨胀控制型锚杆作为一种新型支护技术,其设计与研制为岩土锚固技术提供了一种新的思路。利用橡胶气囊的充气压力对锚周土体施加挤压力,从而产生摩擦作用;在该过程中,锚周土体受围压作用形成有效的反作用力,基于土锚共同作用形成主动、被动的防护体系,有效增强支护体系的稳定性。但是,膨胀控制型锚杆的研究与使用处于起步阶段,有关锚杆的锚固力组成、土体应力场、位移场分布规律及土锚作用面的力学特性等一系列力学机理存在着深入研究的必要性。因此,本文从现场试验、力学机理及有限元数值模拟几方面对膨胀控制型锚杆的力学特性进行了详细的分析研究。首先,针对现阶段基本定型的锚杆结构,对各组成部分之间的相互作用关系进行了探讨总结,得到了锚杆各装置的工作机制及力学关系。在此基础上,开展了锚杆的现场拉拔试验,得到了不同充气压力下锚杆承载力与位移之间的关系曲线。结果表明,锚杆在抗拔过程中,根据不同的承载力发展范围,力学行为过程可分为:线弹性阶段、非线性弹性阶段及塑性阶段。锚杆的极限承载力随充气压力的增大线性增加,最大位移的增长幅度随充气压力的增大显著增加,其增幅超过承载力。在传统锚杆锚固力分析的基础上,结合膨胀控制型锚杆工程实际结构,对其锚固力构成进行分析,分别为:端部支撑锚固力、张力锚固力、膨胀锚固力;在弹性力学的理论下,推导出土层中膨胀控制型锚杆各锚固力的力学表达式,其中张力锚固力与膨胀锚固力正相关。在此基础上,基于膨胀控制型锚杆的结构特征,在合理假设的条件下,建立了简化的受力模型。最后,依据膨胀控制型锚杆的简化受力模型,利用ABAQUS有限元分析软件开展了锚杆抗拔过程的数值模拟研究,其荷载与位移关系曲线与现场试验基本一致,验证了数值模拟的合理性。数值模拟结果表明,锚杆锚固段轴向应力分布具有一定的规律,土锚接触面上作用力为正应力、摩擦剪应力,两种应力之间的关系基本满足力学表达式所呈现的规律;通过对周边土体应变规律的分析,总结得出了土层内各区域应力分布形式与应力迁移的规律;采用控制变量的方法,对比研究了不同充气压力、不同埋置深度、不同土质参数及地面超载情况下,膨胀控制型锚杆及周边土体的应力场、位移场分布规律及锚固效果,对锚杆不同条件下的力学特性进行了探讨性研究。