扩体锚杆历经50多年的发展,在基坑、边坡、抗浮、支护等工程中得到了广泛应用。扩体锚固技术优势是能充分的调动土体的自身强度和自稳能力、缩小支护结构体的体积和重量、节约施工材料。扩体锚固技术虽然是提高土体稳定性和解决复杂工程问题最可靠、最经济的方法之一,但是扩体锚杆在不同地质条件下的承载特性有很大的不确定性,尤其扩体锚杆的埋深和尺寸对极限承载力的影响尤为显著,也是工程中最为关心的问题之一,目前工程中普遍应用的承载力计算公式并不能准确估算其实际承载力。基于室内外最新试验成果,本文应用颗粒流软件PFC3D,模拟了砂土中抗浮扩体锚杆拉拔荷载作用下的破坏模式,剖析了不同埋深工况下扩体锚杆拉拔破坏承载特性,研究了埋深、扩体段直径对荷载-位移关系的影响规律,给出了砂土中扩体锚杆极限承载力计算新方法。本文的主要研究内容为:1.根据室内外抗浮扩体锚杆承载特性试验结果,系统分析了不同工况条件下扩体锚杆的破坏规律。在此基础上,建立了基于PFC软件平台的抗浮扩体锚杆三维数值模型。针对浅埋与深埋的垂向受拉扩体锚杆,系统分析了扩体锚杆在砂土中拉拔破坏的破坏模式和破坏影响因素。针对扩体锚杆承载力的变化特性,深刻揭示了抗浮扩体锚杆侧阻力与端承力的发展规律,建立了自由段的侧摩阻力、扩体段端承力、侧摩阻力的构成机制的评价模型。2.根据试验和数值模拟结果得到的抗浮扩体锚杆荷载-位移关系,建立了砂土中抗浮扩体锚杆抗拉荷载作用不同工况下的荷载-位移双曲线数学模型,系统分析了模型参数的确定方法,研究了不同工程地质环境下模型参数的变化特性与规律,厘清了埋深、扩体锚杆几何特性、地下水等条件对模型参数的影响规律,提出了砂土中扩体锚杆承载力估算新模型。通过与实际工程进行了对比,论证了模型的合理性和可靠性。3.为进一步揭示了抗浮扩体锚杆承载力大幅提升的机理,数值模拟了扩体锚杆施工工程中土体位移场和应力场的变化规律,系统分析了扩体锚杆在施工过程中的挤土效应机制,揭示了浅埋和深埋扩体锚杆施工过程中对周围土体的影响规律,为抗浮扩体锚杆的设计、施工工艺选择等提供了理论参考。随着我国高层、超高层建筑、跨海跨江河类大型临水建筑物和构筑物等工程建设的飞速发展,作为经济性好、能大幅度提升地基承载力的扩体锚杆基础的应用将迎来更大的发展空间,本文的研究结果为抗浮扩体锚杆工程设计、承载特性评价和施工工艺选择提供很好的参考。