非水反应高聚物注浆材料锚固特性研究

摘要

非水反应双组份聚氨酯高聚物注浆材料具有早强、耐久、高膨胀力、施工便捷等一系列特点，已初步证实是一种优良的锚固材料，在抢险、特殊土等锚固工程中具有独特的优势，有较高的推广应用价值。本文针对高聚物锚固注浆技术的需求，采用室内试验、现场检测、理论分析与数值模拟相结合的方法，对高聚物材料的力学特性、高聚物锚固体与不同基体的相互作用机理开展研究，完成的主要工作如下： （1）根据高聚物材料的特点，研制了材料三轴压缩、圆筒扭转、圆板拉伸等试验所需的试样注浆成型模具，制作了试样。采用常规三轴试验试验测试了高聚物材料在不同围压下的应力-应变特性；通过三种不同的试验方法研究了高聚物材料的剪切特性，获得了高聚物密度与剪切强度、剪切模量的关系；通过对比高聚物材料静、动剪切模量测试结果，建立了二者的二次多项式函数关系。 （2）采用中心拉拔的大比尺模型试验，研究了低密度（0.11-0.13g/cm3）高聚物锚固体与不同基体（粉土、粉质黏土、混凝土）的粘结特性，获得了锚杆加载端的荷载-位移曲线以及轴力、粘结力的分布规律；分析了不同干密度、含水量土体对粘结力的影响，提出了高聚物锚固体与不同基体粘结强度经验值，并对高聚物锚固体-土体界面层进行了细观分析。 （3）基于中心拉拔模型试验加载端荷载-位移指数函数曲线，建立了荷载传递的双指数函数模型，根据荷载传递法推导了拉拔荷载作用下锚固体轴力、粘结力分布的解答，并根据模型试验结果，验证了计算模型及解答的合理性，最后根据计算结果分析了锚杆荷载传递特征。 （4）采用PFC2d颗粒流程序，结合高聚物材料三轴试验结果，对高聚物材料的细观参数进行标定，利用标定结果模拟了不同围压下高聚物材料的三轴循环加卸载力学特性；建立了锚杆杆体-高聚物锚固体-土体的三相锚固体系数值模型，对拉拔荷载作用下高聚物锚固机理进行分析；通过和模型试验结果的对比，验证了数值模型的合理性，并重点探讨了土体的应力场、位移场、及孔隙率的变化规律。 （5）在工程现场进行高聚物锚固注浆，开展中心拉拔试验，着重分析了高聚物密度、锚固长度、钻孔直径等因素对锚杆极限抗拔力、平均粘结力的影响并验证了荷载传递模型的合理性；开展实际工程应用，监测结果证实了高聚物锚固注浆技术的可靠性和高效性，最后针对高聚物锚固注浆过程中存在的问题，提出了改善的方法。

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