玄武岩纤维增强复合锚杆支护土质边坡设计方法的试验研究

摘要

玄武岩纤维复合筋(BFRP)强度高、质量轻、耐腐蚀、且热膨胀系数与混凝土相近，用做锚杆杆体材料，能从根本上解决钢筋锚杆易遭腐蚀的问题，近年来BFRP筋在岩土锚固工程中得到一定的试验应用。
　　本文首先通过BFRP筋拉伸试验、与水泥砂浆的粘结性能试验、耐腐蚀性能试验、剪切试验，研究筋材物理力学性质。其次，基于钢筋锚杆设计规范和等强度替代原则，建议BFRP锚杆的设计参数，提出BFRP锚杆加固土质边坡的设计方法。采用该方法对成都某工程项目场地内开挖的基坑边坡进行BFRP锚杆支护设计，采用FLAC3D模拟计算BFRP锚杆和钢筋锚杆加固的基坑边坡，预测锚杆的支护效果。最后，进行BFRP锚杆和钢筋锚杆加固边坡的现场对比试验和破坏试验，通过监测试验期间边坡地表位移、边坡深部变形和锚杆受力，分析BFRP锚杆和钢筋锚杆的加固效果、锚固边坡破坏模式，验证BFRP锚杆加固土质边坡的设计方法是否合理。通过试验得到，非预应力BFRP锚杆支护设计的抗拉安全系数不应小于1.5（永久锚杆）和1.3（临时锚杆）。BFRP筋抗拉强度标准值为极限抗拉强度的75％，对于锚固常用的BFRP筋（直径≥12mm）可取为680MPa。BFRP筋与砂浆的粘结强度设计值为考虑1.2安全系数后的容许值，容许值等于拉拔试验得到的平均值除以2.1，对于锚固常用的BFRP筋与砂浆的粘结强度设计值为2.3MPa。设计的BFRP锚杆可以有效的加固边坡，较好的控制边坡位移，且加固效果与钢筋锚杆相当，边坡破坏模式与钢筋锚杆加固边坡相同。BFRP锚杆设计合理，采用等强度替代钢筋的方法进行BFRP锚杆支护设计是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容、研究方法及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

1．3．3 论文创新性

第2章 玄武岩纤维增强复合锚杆支护设计方法

2．1 BFPR筋力学性能试验

2．1．1 BFPR筋拉伸试验

2．1．2 BFRP筋与水泥砂浆粘结性能试验

2．1．3 BFRP筋耐腐蚀性试验

2．1．4 BFRP筋剪切试验

2．2 BFRP锚杆支护设计方法

2．2．1 边坡加固力计算

2．2．2 安全系数

2．2．3 抗拉强度标准值

2．2．4 锚杆长度

2．3 本章小结

第3章 试验边坡支护结构设计

3．1 地质概况

3．1．1 地形地貌

3．1．2 场地岩土构成与特征

3．1．3 场地岩土强度参数

3．1．4 试验边坡初步设计及稳定性

3．2 BFRP锚杆设计

3．2．1 边坡加固力

3．2．2 锚杆参数

3．2．3 边坡整体稳定性

3．3 试验边坡支护结构

3．4 本章小结

第4章 试验边坡数值模拟

4．1 计算模型

4．1．1 模型参数

4．1．2 计算步骤

4．2 施工过程的数值模拟结果

4．2．1 开挖及支护第一层边坡

4．2．2 开挖及支护第二层边坡

4．2．3 开挖及支护第三层边坡

4．3 施工过程的边坡力学行为

4．3．1 地表位移

4．3．2 深部变形

4．3．3 锚杆受力

4．3．4 数值模拟结果分析

4．4 本章小结

第5章 BFRP锚杆加固边坡现场对比试验

5．1 试验边坡监测与施工

5．1．1 地表位移监测

5．1．2 边坡深部变形监测

5．1．3 锚杆受力监测

5．1．4 施工工序

5．2 现场试验监测结果

5．2．1 边坡稳定性

5．2．2 地表位移

5．2．3 深部变形

5．2．4 锚杆受力

5．3 现场破坏试验

5．3．1 破坏试验方案

5．3．2 破坏试验结果

5．4 本章小结

第6章 BFRP锚杆支护设计方法讨论

6．1 不同研究方法的BFRP锚杆加固效果

6．1．1 地表位移

6．1．2 深部变形

6．1．3 锚杆拉力

6．2 BFRP锚杆支护设计方法讨论

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果