土层锚杆是岩土工程中常用的加固手段，扩体锚杆作为土层锚杆的一种，可以十分有效的提高锚杆的极限抗拔承载力，扩体锚杆根据锚固段形式不同可以分为单扩体与多扩体锚杆。目前扩体锚杆在工程中已被广泛应用，但对扩体锚杆在抗拔过程中与土体相互作用、锚固机理及其优化设计的深入研究还不够，尤其是多扩体锚杆。
　　本文在透明土中加入粒子面改进了传统激光散斑场的透明土模型试验方法，通过模型试验对圆柱型和三种扩体锚杆的锚固机理进行了研究，结合数值模拟进一步研究了三种扩体锚杆的锚固段形状参数变化对锚固机理的影响，提出了基于锚杆锚固段形状参数的优化设计建议及极限抗拔承载力计算方法。论文主要研究内容与成果如下：
　　(1)设计出了一套完整的基于透明土加入粒子面+预埋构件的模型试验方案，并验证了方案的可行性。改进了试验方案中土体试样制备方法，包括土体横向固结、粒子面埋设、锚杆构件埋设、竖向固结四个主要步骤。改进的方案相比较传统激光散斑场的试验方案有可观测整个土体的位移场(激光散斑场只能观测一半)、提高位移数据获取精确性、避免不必要的光污染、锚杆在土体中移动不会引起光线强弱变化以及提高试验图片清晰度等优点。
　　(2)开展了8根土层锚杆透明土拔出试验，对工程中常用的圆柱型锚杆、端部扩大型锚杆、连续球体型锚杆和圣诞树型锚杆拔出土体过程中土体的位移矢量场、横向和竖向位移场、荷载-位移曲线进行了深入研究，分析了各类型锚杆的破坏机理，获得了各类锚杆在拔出时土体的扰动范围、位移场变化、最大剪应变场以及锚杆拔出破坏时潜在滑裂面形状和位置的一般性规律。
　　(3)对端部扩大型、连续球体型和圣诞树型三种扩体锚杆的抗拔过程开展了多组数值模拟试验分析。通过对锚杆的锚固段形状参数变化进行分组，对不同锚固段形状参数锚杆抗拔过程产生的土体位移场和锚杆荷载-位移曲线等进行对比分析，研究了不同锚固段形状参数对锚杆的极限抗拔承载力的影响规律及机制。引入锚杆“锚固段形状参数”概念，以锚固段单位体积混凝土提供的最大抗拔承载力为优化目标，提出了三种扩体锚杆的最优锚固段形状参数选取范围。
　　(4)基于试验与数值分析结果，对中英规范中给出的不同端部扩大型锚杆抗拔极限承载力计算公式进行对比研究，给出适用条件，总结出适用性更广的推荐公式；针对中国规范中的特有的连续球体型锚杆，基于力学分析，推导出极限抗拔承载力计算公式并进行验证；针对英国规范中特有的圣诞树型锚杆，基于力学分析，改进了抗拔极限承载力计算公式并进行验证。