本文围绕土层自膨胀扩体锚固技术,从浸水环境不同土体刚度下的膨胀水泥浆长期稳定性、膨胀水泥浆抗压强度、土层自膨胀扩体锚固技术锚杆拉拔试验、土层自膨胀扩体锚固技术的锚固体膨胀机理可视化研究及该锚固技术现场应用等方面开展研究,主要结论如下:1)模拟不同土体刚度下膨胀锚固体长期稳定性及其抗压强度试验研究利用不同壁厚的钢管模拟不同固结程度的土体约束环境,开展长期浸水环境下膨胀水泥浆长期稳定性试验,分析表明:膨胀水泥浆在浸水前与长期浸水后的膨胀压应力最大相差仅3.10%;膨胀锚固体密实度(CT值)最大相差仅3.85%,故说明膨胀水泥浆在长期浸水环境中能长期保持稳定。自主研发一种在有侧限情况下测量膨胀锚固体抗压强度的装置,开展不同养护时间下膨胀锚固体抗压强度试验,分析表明:膨胀剂能有效提高膨胀锚固体抗压强度,且膨胀锚固体的抗压强度在21d左右基本形成,缩短浆体养护时间,节约施工工期。2)土层自膨胀扩体锚固技术锚杆拉拔试验研究①浅层原位土体锚杆拉拔试验研究膨胀水泥浆锚固体的锚杆极限抗拔力较素水泥浆大幅度提高,最大为素水泥浆的3.45倍;相同膨胀剂含量下,锚杆极限抗拔力与锚固长度成正相关,说明膨胀压力所产生的侧摩阻力是提高锚杆极限抗拔力的关键因素。②重塑土不同上覆土压力及富水环境下锚杆拉拔试验研究研发一种模拟不同上覆土压力下锚杆拉拔装置,以此开展锚杆拉拔试验,分析表明:锚杆极限抗拔力与土体施加的上覆土压力成正比,且相同上覆土压力加载等级下,锚杆极限抗拔力提高程度K值随着膨胀剂含量的增大而增大,最大值为336%,说明该锚固技术提高锚杆抗拔力的效果显著。以开孔钢管为载体,开展富水环境下的钢管拉拔试验,分析表明:钢管极限抗拔力与钢管直径、膨胀剂含量均成正相关,且膨胀剂提高钢管极限抗拔力的幅度大于钢管直径提高钢管极限抗拔力的幅度,说明在富水环境中该锚固技术提高钢管极限抗拔力效果更佳显著,能适应实际工程中的复杂环境。3)土层自膨胀扩体锚固技术力学参数研究提出锚固体侧向膨胀压力影响系数 λ1,锚固体直径修正系数λ2,锚固体、土体侧向膨胀变形修正系数木三个修正系数,并采用Matlab拟合得到α、P值随膨胀剂含量均呈现线性变化规律。建立适用于土层自膨胀式扩体锚固技术的锚杆剪应力,并提出土体密实度影响系数k,最终得到该锚固技术的极限抗拔力计算公式。4)土层自膨胀扩体锚固技术的锚固体膨胀机理可视化研究研发一种观测膨胀水泥浆扩头效应的可视化装置,利用其开展试验并配合CT扫描试验,分析表明:在土体承受范围内,膨胀锚固体扩头范围与膨胀剂含量成正比的变化规律,并建立膨胀压应力在土层中径向传递力l及土层环向密实度(CT值)与其离膨胀锚固剂的距离x、膨胀剂含量λ之间的关系式,得到膨胀压应力在土体从里向外中成下降的传递规律。膨胀压力在锚固体自身从锚固体中心向锚固体外层呈现递增的传递规律,而膨胀压力在土体中传递从锚孔孔壁向土层外部扩散呈现下降的变化规律,二者是完全相反的规律,此为该锚固技术在实际锚杆、锚索及抗滑桩锚固工程中的应用提供理论基础。5)三峡库区开展土层自膨胀扩体锚固技术现场试验应用研究,并配合非金属声波测试、压力测试、应变采集、内窥镜探洞摄像等多种技术手段,验证及完善该新型土锚技术,再次表明提高锚杆极限抗拔力的主要原因是:①膨胀压力存在,②膨胀锚固体表现出来的扩头效应,两者同时决定锚杆最终的极限抗拔力,并提出一种土体中不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法。综上所述:土层自膨胀扩体锚固技术提高锚杆抗拔力效果显著,且建立该锚固技术的极限抗拔力预测公式,分析其膨胀压力在锚固体自身和土层中的传递规律,并提出不同膨胀剂含量下锚杆极限抗拔力设计参数优化设计方法,为该锚固技术应用于锚杆、锚索及抗滑桩等锚固工程中提供理论基础与技术支撑。