多段扩大头锚杆在黄土中的拉拔模型试验研究

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多段扩大头锚杆是在底端扩大头锚杆基础之上发展起来的一种新型锚杆体系,它是利用锚杆在受到外力拉拔时,向外发生位移从而压实挤密扩大头端前土体,进而由端前土体再向扩大头段提供反向的抗拔力的原理,最终使得锚杆的极限抗拔力组成发生变化,除了具有锚杆侧壁和扩大头段侧壁提供的摩阻力,还具有扩大头段提供的端承力。在实际工程中,目前已经具有爆破法、机械钻孔法、高压旋喷扩孔法等多种施工方法,其中的高压旋喷扩孔法施工简便、过程控制性高、成孔质量好。该类型锚杆在我国的研究还没有开始,其承载机理和普通锚杆存在明显的差异,对其进行深入研究,具有重要的工程意义和理论价值。本文利用模型试验、理论分析等综合手段,较为系统的研究了多段扩大头锚杆的承载特性、破坏模式和极限承载力理论计算等内容,研究成果具有一定的学术和工程应用价值。  首先,通过35组模型试验,对黄土中埋设的底端、多段扩大头锚杆分别进行竖向拉拔试验,通过分析试验数据发现,在保证扩大头锚固段长度一定的情况下,将底端扩大头锚杆拆分为多段扩大头锚杆后,锚杆的极限承载能力显著提高大约87%-196%。在肯定了多段扩大头锚杆的承载能力之后,进一步分析了影响锚杆极限承载力的其他因素,发现随着扩大头直径、锚固长度、埋深的增大,极限承载力也同步增大。但是直径的变化对锚杆极限承载力的影响最大,以扩大头直径20mm为基准,直径增大为40mm、60mm、80mm时,锚杆极限承载力分别提高419%、578%、588%。此外,通过试验数据发现,随着扩大头段之间距离、扩大头段数的增加,锚杆极限承载力增加到一定值后便不再变化甚至还有所减小,说明二者对锚杆极限承载力的影响存在最优化过程。考虑到实际工程中锚杆一般是斜向埋设,因此进行了6组多段扩大头锚杆斜向拉拔试验,发现相同条件下,斜向锚杆的极限承载力均略大于竖向锚杆。  然后,利用半模型试验研究了多段扩大头锚杆在黄土中的拉拔破坏模式,通过监测锚杆位移、裂缝长度、宽度发现,锚杆底端土体变形量最大,随着杆体向上延伸变形量逐渐减小,裂缝是从内部开始发展,逐渐向上延伸,最终破坏时形成贯通裂缝,裂缝与水平方向大致成45°角,多段扩大头锚杆破坏模式属于整体剪切渐进性破坏,其锚周破坏体的形态表现为锥形。  最后,参照底端扩大头锚杆极限承载力计算方法,进行了多段扩大头锚杆极限抗拔力的组成分析和端承力分析,定性验证了扩大头直径、锚固段长度、锚杆埋深、内摩擦角和黏聚力等几何、物理因素对锚杆极限承载力的影响规律。
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