贾毅;赵人达;李福海
【摘 要】In order to study the anchorage performance deterioration of the anchor bolt support structure of the high geothermal tunnel in dry heat environment,an experiment was designed to study the tensile strength of anchor grouting material under different temperatures and surrounding rock roughness.The surrounding rock roughness was simulated with different types of steel tubes.The specimens were cured under different temperatures.Based on the pull-out tests of the specimens,the load-displacement curve of the anchor bolt under different curing temperatures and surrounding rock roughness was obtained,and the regression analysis on the test data was performed by the SPSS software.Results showed that the pullout strength of the anchor was affected by the curing temperature to a certain extent.With the curing temperature lower than 35 ℃,the pullout strength of the anchor increased with the increase of temperature.With the curing temperature higher than 50 ℃,the pullout strength of anchor decreased with the increase of
temperature.For bolt specimens with no thread,the bond strength of the interface between the anchor bars and grouting material was greater than that of the interface between the steel tubes and grouting material.In addition,the anchor pullout strength was much affected by surrounding rock roughness.The greater the surrounding rock roughness,the higher the pullout strength of the anchor bolt,the better the anchoring effect.%为研究高地温隧道干热环境中锚杆支护结构锚固性能劣化问题,设计不同温度及围岩粗糙度下锚杆灌浆料抗拔强度试验.采用不同类型钢管模拟围岩粗糙度,并将试件在不同温度下养护.通过试件拉拔试验,得到不同养护温度及围岩粗糙度下锚杆的荷载-位移曲线,利用SPSS软件对试验数据进行回归分析.结果表明:锚杆养护温度对其抗拔强度有一定影响,养护温度低于35℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而增大,养护温度高于50℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而减小;对于无螺纹锚杆试件,锚筋与灌浆料界面的黏结强度大于钢管与灌浆界面;围岩粗糙度对锚杆的抗拔强度有较大影响,围岩粗糙度越大,锚杆的抗拔强度越大,锚固效果越好. 【期刊名称】《铁道学报》
【年(卷),期】2017(039)006
【总页数】9页(P141-149)水力测功器
【关键词】锚杆;围岩粗糙度;高地温隧道;极限拉拔力;拉拔试验;回归分析
【作 者】贾毅;赵人达;李福海
【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室,四川成都610031
【正文语种】中 文
【中图分类】U452.2
岩土锚固技术是一种有效的支护措施，它利用埋设在地层中的锚杆，将结构物与地层形成整体[1]，使结构体系稳固。锚杆支护已经成为国内外隧道、基坑以及边坡工程中的主要支护方式[2]。随着我国隧道建设逐渐向长大深埋方向发展，高地温热害问题将严重影响隧道工程中锚杆的支护性能[3-5]。
铭板
自锚固结构问世以来，国内外相关学者对锚杆的抗拔性能及影响因素进行了大量试验与理论研究，并取得了一定的研究成果[6-15]。文献[6]通过室内模型试验，研究冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固性能的影响。文献[7-10]对锚杆的力学原理和锚固机制进行理论分析和试验研究。文献[11]采用锚杆全长黏结应变片方式进行现场试验，研究不同围岩条件下锚杆的破坏机制及黏结特性。文献[12]通过对48个锚杆试件的拉拔试验，系统地研究CFRP筋锚杆与不同黏结材料界面的黏结强度。文献[13]通过锚杆加固岩体的力学模型研究影响围岩屈服和变形的因素。文献[14]对锚杆进行剪切试验，指出影响锚杆抗剪强度的因素主要为锚杆材质、杆体尺寸以及岩体类型。文献[15]对预应力锚杆进行锚固节理岩体剪切试验，研究锚杆对节理剪切性能的作用机制和模式。
虽然国内外专家已对锚杆的抗拔性能做了相关研究，但高温及围岩粗糙度对锚杆灌浆料抗拔强度影响的研究仍较少见。工程实践表明，锚杆的养护温度及围岩粗糙度对锚杆锚固性能有重要作用[1]，因此，探究锚杆养护温度及围岩粗糙度与锚杆抗拔强度的关系有重要意义。本文通过开展不同养护温度及围岩粗糙度锚杆的拉拔试验，对锚杆的破坏模式、位移-荷载曲线、极限拉拔力进行研究分析，探究锚杆抗拔强度与养护温度、围岩粗糙度的关系，为锚杆更好地应用于复杂环境工程中及进一步的研究工作提供数据储备和理论依据[16]
。
1 试验概况
1.1 试件设计与制作废酸回收
本试验设计的锚杆试件由4部分组成，分别为内径75 mm长100 mm的钢管、长300 mm锚筋、防水垫片以及钢管与锚杆间的灌浆料。钢管长度取100 mm主要考虑在拉拔试验中，灌浆料与锚筋及钢管之间的界面受力更加均匀。锚筋与灌浆料之间的接触面称为第一界面，钢管与灌浆料之间的接触面称为第二界面，如图1所示。为研究锚杆养护温度对不同界面受力的影响，将对锚杆试件进行第一、二界面拉拔试验。第一界面拉拔试验是将灌浆料与钢管作为整体受力结构，在荷载作用下，锚杆仅通过第一界面进行荷载传递。第二界面拉拔试验是使灌浆料与钢管分别受力，在荷载作用下，锚杆的第一、二界面都将传递荷载。试验采用钢管模拟围岩，对钢管内壁进行不同程度的粗糙度处理。钢管切割和粗糙处理在西南交通大学工业中心机床上进行，加工成型的钢管有三种类型：内表面有双螺纹、内表面有单螺纹和内表面无螺纹的普通构件，如图2所示。
图1 锚杆构造示意
(a)未处理前钢管 (b)单螺纹钢管
(c)双螺纹钢管 (d)无螺纹钢管 图2 钢管内壁粗糙度处理图
采用水胶比为0.45、胶砂比为1.0的灌浆料进行灌浆，浇筑锚固成型，如图3所示。将锚杆试件分别置于20 ℃、35 ℃、50 ℃和70 ℃的恒温环境中养护，锚杆试件的养护龄期分别为7 d和28 d[17]。试件编号采用如下规则：W1-20-7表示无螺纹钢管-第一界面-20 ℃养护温度-7 d养护龄期，D代表单螺纹钢管，S代表双螺纹钢管。
(a)模型试件浇筑 (b)模型试件完成 图3 模型试件浇筑及完成
1.2 围岩粗糙度的模拟及测试
本次试验将钢管内壁加工成螺纹状来模拟围岩粗糙度，相应标准中使用灌砂法测定钢管粗糙度，用灌砂平均深度表示粗糙度，灌砂平均深度=标准砂体积/钢管内壁表面积。经测定，单螺纹钢管的灌砂平均深度为0.054 2 mm，双螺纹钢管的灌砂平均深度为0.117 5 mm。无螺纹钢管粗糙度假定为1.0×10-5 mm，为定性研究粗糙度对锚杆抗拔强度的影响以及方便试验数据的回归分析，本文将灌砂深度扩大100倍后的无量纲数定义为钢管粗糙度，
即单螺纹钢管粗糙度为5.42，双螺纹钢管粗糙度为11.75，无螺纹钢管粗糙度为0.001。
1.3 试验仪器
试验在西南交通大学建筑材料实验室进行，本试验需要测试锚杆的抗拔强度和位移变形。抗拔强度测试在100 t液压万能试验机(图4)上进行。锚筋与灌浆料的滑移位移和钢管与灌浆料的滑移位移使用固定在锚筋顶端的机械千分表测量。
美容喷雾器(a)万能试验机 (b)千分表 图4 试验加载装置及量测仪器
2 试验结果及分析
2.1 破坏现象
拉拔试验中锚杆破坏分为3种情况：锚杆杆体与灌浆料黏结界面剪切破坏，即第一界面破坏；灌浆料与钢管黏结界面剪切破坏，即第二界面破坏；灌浆料自身强度不足导致灌浆体中间发生断裂破坏。
2.1.1 第一界面拉拔试验
根据锚杆第一界面受力原理，本次试验仅对无螺纹锚杆试件进行第一界面试验。在拉拔试验过程中，随着荷载增大，灌浆料与锚杆杆体黏结界面的剪切力超过其黏结强度，锚杆杆体与灌浆料黏结界面发生剪切破坏，即试件第一界面发生破坏，锚杆杆体产生较大滑移位移，但灌浆料与钢管接触界面黏结较好，未发生破坏，即试件第二界面完好，如图5所示。不同养护温度下的无螺纹锚杆试件在第一界面拉拔试验中破坏模式基本相同，说明锚杆的养护温度对第一界面拉拔试验破坏模式影响较小。
(a)锚杆拔出 (b)锚杆滑移 图5 第一界面试验结果
2.1.2 第二界面拉拔试验
根据锚杆第二界面受力原理，本次试验使用无螺纹、单螺纹及双螺纹锚杆试件进行第二界面试验。随着荷载增大，由于无螺纹钢管内壁粗糙度较小，灌浆料与钢管内壁的黏结强度相对较低，不同养护温度下的锚杆试件均在第二界面发生剪切破坏，第一界面基本完好，如图6(a)所示。随着荷载增大，由于双螺纹钢管内壁粗糙度较大，灌浆料与钢管内壁的黏结强度相对较高，不同养护温度下的锚杆试件均在第一界面发生剪切破坏，第二界面基本完好，如图6(b)所示。单螺纹锚杆在第二界面拉拔试验过程中，不同温度下的锚杆试件在
指纹认证第一、二界面均发生不同程度剪切破坏，部分试件由于灌浆料自身强度不足从中间发生断裂破坏，其中一部分灌浆料与锚杆杆体相连被拔出，另外一部分灌浆料与钢管内壁黏结，留在钢管内部。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议