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由于锚杆等锚固结构拥有稳定性能良好、抗震性能优越、施工简单易行、场地适应性强等优点,所以在岩土工程、水利工程、隧道开挖工程、深基坑支护以及边坡防护等工程建设中,锚固类结构被大量的使用。由于环境的恶化和大气的污染,锚杆耐久性方面的问题也日渐凸显出来。 随着西部大开发和振兴东北老工业基地战略的实施,在寒区建设大批高速公路、铁路等基础设施、水电工程(包括边坡、工程加固、闸墩等都全用到锚固)和土木工程(桥梁的锚碇、公路隧道锚固、输电线塔的稳定索、基础的锚固等)。锚固类结构被大量使用,但是在冻融环境作用下,材料性能会劣化,锚杆等锚固系统的锚固性能会退化,破坏模式会转变,承载能力会降低,引发了很多工程问题。本文重点针对冻融环境作用下的砂浆锚杆锚固体的耐久性能进行试验研究,找出锚固结构在冻融环境下的劣化规律,以用于指导新建锚固结构的防腐设计,并为准确评估已有结构的工作状态及维修加固提供决策依据。本文所做的主要工作如下: 在实验室内进行拉力型锚杆的中心拉拔试验,在以往研究的基础之上,得到三种不同水灰比注浆体界面剪应力分布规律和锚杆轴力沿着锚固长度的变化规律。 在实验室内,将锚杆放入高低温交变湿热试验箱进行单面冻融循环。在冻融循环15次、30次、45次后,分别进行锚杆的中心拉拔试验,得到不同冻融循环次数后,锚固体围岩体界面剪应力分布规律和锚杆轴力沿着锚固长度变化规律。同时得到不同冻融循环次数后,注浆体围岩体界面粘结强度的变化规律。 对锚杆进行单面冻融循环后,分别进行拉力型锚杆的中心拉拔试验,得到不同冻融循环次数后,拉力型锚杆的极限承载力与破坏模式的变化规律。 采用数值模拟软件分析冻融循环后拉力型锚杆锚固特性的变化规律,与试验结果进行对比分析,相互验证,得出冻融循环后,拉力型锚杆锚固性能退化的规律。 在上述工作的基础之上,得到了如下的结论: 锚固体界面上的剪应力的分布规律沿着锚固体长度是一个先增大后减小的过程。界面的剪应力在锚固体的始端是等于零的,沿着锚固长度方向,界面的剪应力是逐步增加的,当增加到峰值之后,剪应力又会逐步的衰减。 锚杆轴力沿着锚固长度是逐渐衰减的,可以发现锚杆轴力在靠近加载端最大,逐渐向锚固体的深处迅速递减,最后趋向于零值。 冻融循环作用,会导致拉力型锚杆的破坏模式发生转变。首先围岩体的抗拉强度降低,相对动弹性模量降低,拉力型锚杆在荷载作用下会发生锥体-粘结破坏。进一步增加冻融次数,注浆体围岩体界面受到损伤,易导致注浆体拔出破坏。 冻融循环作用后,锚杆的有效锚固长度会变短,锚杆的极限承载力会降低,水灰比越大,其降低的程度越大。注浆体水灰比越大,内部缺陷和空隙越多,随着冻融次数的增加,其平均剪切强度下降的越多。 冻融循环作用后,对于注浆体水灰比相同的锚杆,随着冻融次数的增加,剪应力峰值点开始转移时所施加的荷载会逐渐减小。对注浆体水灰比不同的锚杆而言,水灰比越大,抗冻性越差,在相同冻融次数下,剪应力峰值开始转移时所施加的荷载越小。 在冻融循环作用下,材料发生劣化,锚固体弹性阶段历程会变短,在荷载较小时,锚固体就会进入弹塑性阶段,锚杆的锚固效果也会降低。 随着冻融次数的增加,围岩体由硬岩向软岩转变,围岩体、注浆体弹性模量发生改变,导致刚度系数m变小,剪应力的分布形式发生改变,剪应力峰值减小,峰值剪应力的位置向锚固体远端转移。 冻融次数越多,锚杆加载端附近轴力衰减速率下降这一现象出现的越早。加载端附近轴力的分布曲线,由“凹”曲线向“凸”曲线转变。说明加载端附近围岩体经过冻融循环作用后,对锚固体的约束作用越来越弱。