BFRP砂浆锚杆锚固机理现场试验研究

摘要

玄武岩纤维增强复合（BFRP）锚杆主要由玄武岩纤维与树脂（如环氧树脂、聚乙烯树脂、聚脂树脂等）胶合而成。与钢筋相比具有比强度高、耐腐蚀性好、与围岩协调变形性好等优点，是一种新型高性能纤维锚杆，在岩土锚固技术领域的研究才刚刚起步。首先，对前人针对FRP在岩土锚固方面的研究成果进行综述。然后，分析探讨土层FRP锚杆体系的锚固机理，建立两种区分界面状态（弹性和塑性）和围岩变形属性（剪切变形可忽略和不可忽略）的界面力学传递方程，提出可描述拉拔荷载下锚固界面经历弹性、塑性以及黏结滑移破坏三个阶段的黏结-滑移本构模型，并基于此模型对土层锚固界面黏结退化过程进行理论解析。最后，开展9组BFRP锚杆和2组钢筋锚杆加固黄土边坡的现场拉拔试验，通过对加载端荷载位移曲线、杆体轴力分布、剪应力分布状态的分析，较系统研究锚固体系在不同锚杆直径、锚固长度下的承载性能，指出一定锚固条件下，增大锚杆直径可显著提高锚固体系的极限抗拔力，极限承载力随锚固长度增大而增大，但增幅有所降低，存在临界锚固长度；第1界面和第2界面平均黏结强度均随锚固长度的增大而减小，并给出了诸界面平均黏结强度的建议值；杆体轴力沿锚固深度逐渐衰减，分布形态与受拉荷载大小、锚杆直径和锚固长度等有关；锚杆剪应力分布服从随锚固深度先增大后减小的单峰形态，峰值多出现在锚固前端0.5m范围内，同样受锚固长度和直径影响；与钢筋锚杆的对比分析表明，钢筋锚固体系第一界面黏结性能优于 BFRP 锚杆。通过现场开挖式剖析，分析了锚固体系的破坏模式和相应的失效机理，指出Φ12mm和Φ16mm锚杆体系为锚杆与灌浆体界面（第1界面）剪切破坏，Φ25mm锚杆体系为灌浆体与土层界面（第2界面）滑移破坏，锚固体系界面破坏特征显著，破坏模式受杆体直径和黏结介质强度影响。

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