玻璃纤维增强聚合物(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型锚杆,与传统的钢筋锚杆相比,它具有比强度高、耐腐蚀性强、介电性好等优点,将GFRP材料引入抗浮锚杆体系,能够克服传统金属锚杆存在的地下水腐蚀和电化学腐蚀等问题,特别适用于地铁车站抗浮。本文借助于植入式裸光纤光栅传感技术进行一系列现场及室内试验,揭示了荷载作用下GFRP抗浮锚杆的应力应变分布规律及黏结破坏机理,获得了GFRP抗浮锚杆与地基锚固(内锚固)、与底板混凝土锚固(外锚固)的锚固性能及长期荷载作用下的蠕变特征,提出“全变形”的概念,完善了设计理论和方法。主要工作及研究成果如下:1、通过GFRP抗浮锚杆现场拉拔破坏性试验,成功地将植入式裸光纤光栅传感技术应用于抗浮锚杆拉拔试验中,并与钢筋抗浮锚杆进行对比,研究风化岩地基中GFRP抗浮锚杆内锚固承载特征、荷载传递机制和界面黏结特性。研究表明:(1)GFRP抗浮锚杆的破坏形式有2种:短锚杆主要发生砂浆和围岩界面(第二界面)剪切破坏,长锚杆主要在锚杆杆体和砂浆界面(第一界面)出现剪切破坏,其破坏实质是杆体最大剪应力处基体材料发生剪切破坏。(2)锚杆轴力沿深度方向逐渐递减,并且超过一定深度后杆体不再受力;GFRP锚杆的应力传递深度比钢锚杆大,钢锚杆的轴力沿深度衰减的速率比GFRP锚杆快。剪应力的峰值随荷载增加逐渐增大并向深部移动,但GFRP锚杆的剪应力峰值比钢筋锚杆大,钢筋锚杆的剪应力比GFRP锚杆发挥早。(3)锚固体介质为M32.5水泥砂浆,锚固长度为2.0 m,直径为28 mm的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力约为225 k N。对于直径为28 mm和32 mm的GFRP抗浮锚杆,第一界面的平均黏结强度为1.50~1.54 MPa,第二界面的平均黏结强度为0.32~0.37 MPa,且第二界面平均黏结强度随锚杆直径的增加而增大。(4)GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力随锚杆直径和锚固长度的增加而增大,一般均高于钢筋抗浮锚杆。中风化花岗岩地层中,GFRP抗浮锚杆的合理锚固长度建议取值为3.5~5.0 m。2、将螺母托盘锚具用于抗浮锚杆的外锚固,通过自行设计的室内大型构件对拉试验,研究了不同锚固形式和不同锚固长度的GFRP抗浮锚杆的外锚固性能,对极限荷载作用下外锚固变形量(滑移量)及极限承载力进行了测试。结果表明:(1)GFRP抗浮锚杆外锚固的破坏形式有2种:锚杆材料强度不足产生劈裂破坏;GFRP锚杆和混凝土界面相对滑移较大,产生拔出破坏。(2)对于直锚筋锚固和螺母托盘锚固的GFRP抗浮锚杆,外锚固长度为30d的极限承载力分别为356 k N、384 k N,比外锚固长度为15d的极限承载力分别提高65.6%、43.8%。对于不同锚固形式、相同锚固长度的GFRP锚杆,螺母托盘锚固的GFRP抗浮锚杆界面黏结强度比直锚筋锚固形式提高约7.9~24.4%。(3)GFRP抗浮锚杆与混凝土之间的平均黏结强度随着外锚固长度的增加而降低,随滑移量的增大而提高。(4)当荷载水平低于200 k N时,直径为28 mm、混凝土标号为C25、外锚固长度为15d、30d的全螺纹GFRP抗浮锚杆,其外锚固变形量均不超过2.5 mm,能够满足工程需要。3、通过4根全长黏结螺纹GFRP抗浮锚杆在长期荷载作用下的拉拔蠕变试验,研究了GFRP抗浮锚杆抗拔的蠕变力学模型,计算出模型中的蠕变参数并对模型的正确性进行验证。引入时间损伤效应的概念,结合蠕变力学模型推导出GFRP抗浮锚杆的长期抗拔力。研究表明:(1)GFRP抗浮锚杆在40%的极限荷载下才会发生蠕变,且蠕变变形较小。在实际工程中,40%左右的极限荷载能满足在长期荷载下的抗浮要求。(2)Burgers力学模型能够很好地描述GFRP抗浮锚杆的蠕变规律,模型预测结果与试验结果吻合较好。(3)基于损伤力学理论,结合Burgers模型推导了GFRP抗浮锚杆的损伤变量随时间变化规律,并由此得到了GFRP锚杆抗拔承载力随时间的变化规律,给出的GFRP抗浮锚杆的长期抗拔承载力与实际长期拉拔力相差不大,说明建立的蠕变损伤模型用于预测GFRP抗浮锚杆的长期抗拔承载力具有较好的适用性。4、在内锚固、外锚固及蠕变试验的基础上,分析论证了GFRP抗浮锚杆第一界面、第二界面及杆体材料的剪切破坏机制,并提出了“全变形”的概念,有助于深化对GFRP抗浮锚杆工作机制的认识。