我国广袤的幅员中岩溶地区在占到不小的面积,而在中西部修建隧道不可避免的需要经过该区域修建成岩溶隧道。岩溶隧道运营期遇到的最大问题之一就是岩溶作用对岩溶隧道的安全性的影响。在隧道构建的过程当中往往采取锚杆支护的方式达到隧道稳定的效果。从上述简介中可以看出,揭示岩溶作用下锚杆的长期可靠性弱化机制与规律,是保证岩溶隧道运营期间围岩安全性的先决条件。锚杆(特别是全长粘结型水泥砂浆填充方式锚杆)的长期可靠性受到围岩壁灰岩力学性质、灰岩与锚杆孔洞壁接触状态等影响;一方面,围岩中的可溶岩溶蚀导致围岩内应力集中和围岩变形,诱发宏观围岩应力调整,产生新的破坏和宏观变形,对围岩自身稳定性造成影响;另一方面,由于持续的岩溶作用,围岩裂隙不断发育与扩展,特别是灰岩与锚杆孔洞壁接触处裂隙的发育与扩展,导致灰岩与锚杆孔洞壁之间的有效作用面不断削弱,接触面裂隙处的支护结构无法发挥作用,从而导致锚杆长期可靠性随时间持续弱化。本文选用全长粘结型锚杆,以水泥砂浆为主要填充物,针对岩溶作用下锚杆长期可靠性弱化规律开展模拟试验研究,所取得的主要研究成果如下:1)从锚杆长期可靠性弱化模拟测试设计思路、锚杆长期可靠性弱化模拟测试操作流程、锚杆长期可靠性弱化模拟测试系统完善改进、试样的选取原则及制备等方面对锚杆长期可靠性模拟测试实施方案进行具体描述:(1)针对长期溶蚀效应,采用等效替代的方式进行设定,通过长期溶蚀效应等效理论计算与长期溶蚀效应等效模拟试验分析,结合理论计算与等效模拟试验综合考虑,设定PH=4为本试验的溶蚀PH值以及浸泡时间为30d为溶蚀基础时间等效为PH=6溶蚀时间为2年的溶蚀效果;(2)锚杆长期可靠性弱化模拟测试系统,其主要是由模拟测试平台、模拟锚杆、锚杆拉拔模块、辅助吊装设备以及测量系统(拉拔位移、拉拔应力)组成;(3)对已获取的典型灰岩岩块进行有效的分类,基于分类条件为不同裂隙发育扩展阶段的灰岩岩块最终制备出不同裂隙发育扩展阶段的试样。2)通过所设定的不同锚固角度模拟测试方案,进行了不同锚固角度下相同溶蚀条件的测试,所取得的不同锚固角度下的拉拔力随溶蚀作用的变化规律如下:(1)不同裂隙发育阶段的拉拔应力峰值范围不同,I、II阶段试样的范围为265.2~294.4MPa,III阶段试样的应力峰值范围为196.1~247.7MPa,IV阶段的应力峰值范围为75.2~102.4MPa;(2)不同锚固角度下相同裂隙发育阶段的试样的模拟测试现象相似,而裂隙发育阶段为I、II的试样在锚杆拉拔之初无明显的现象,随着拉拔时间的增加锚杆被渐渐拔出,出现锚杆连带着大量水泥砂浆一块拔出的现象;裂隙发育阶段为III的试样在锚杆拉拔之初无明显现象,随着拉拔时间的增加锚杆被拔出,出现锚杆连带着少量水泥砂浆一块拔出的现象,且拉拔时间略短于I、II阶段的试样;裂隙发育阶段为IV的试样在锚杆拉拔之初就出现松动现象,随着拉拔时间的增加锚杆被拔出,出现锚杆几乎不带着水泥砂浆一块拔出的现象。3)通过所设定的不同溶蚀条件模拟测试方案,进行了不同溶蚀条件下模拟测试,所取得的不同溶蚀条件下的锚杆长期可靠性弱化模拟测试的变化规律如下:(1)裂隙发育扩展阶段为I、II的试样在经过溶蚀作用后拉拔应力峰值,以溶蚀时间为0d作为基准峰值相对差33.7MPa,裂隙发育扩展阶段为III的试样在经过溶蚀过后拉拔应力峰值明显降低,峰值相对差值最高能达到79.9MPa,裂隙发育扩展阶段为IV的试样经过溶蚀阶段拉拔应力峰值继续降低,相对差值最高可达42.1MPa;(2)相同裂隙发育类型的试样,受到溶蚀过后,裂隙进一步发育,这种现象随着溶蚀时间的增加而裂隙宽度增宽与长度增长,试样的破损程度逐渐变大。试样从表面产生少量裂隙发展到沿着表面延伸扩展,从裂隙延伸扩展阶段发育到裂隙贯通,甚至发生断裂破坏现象。不同裂隙发育阶段的试样试验现象是一致的,呈现出溶蚀时间越长断裂范围越广的趋势。综上所述,不同锚固方式下岩溶作用对锚杆长期可靠性弱化规律分析研究为我国岩溶地区隧道工程的设计施工与长期性安全运营提供重要的科学指导和技术保障。