玄武岩纤维复合筋材力学性能试验及岩土锚固应用

摘要

玄武岩纤维复合材料(BFRP)具有抗拉强度高、耐酸碱腐蚀性、高温条件下稳定性高和电绝缘性好、化学稳定性稳定且玄武岩成本低廉等优点。同时BFRP的热膨胀性和混凝土的热膨胀性相似，确保了混凝土的变形和筋材的变形是同步的;在岩土边坡支护工程中，常用锚杆（索）进行支护加固。常规锚杆（索）存在锈蚀问题，如果能够提出合理的理论支持和设计方案，使用BFRP锚杆（索）部分或全部替代钢筋锚杆（索），将具有广泛的工程应用价值。
　　BFRP的力学性能指标是BFRP边坡锚固应用设计的重要参数。本文试验测试得到不同直径BFRP的极限抗拉拔强度大约为900MPa～1100MPa、弹性模量约为46.3GPa～54.3GPa、抗剪强度约为159～189MPa，并得到BFRP筋材耐腐蚀性以及其它力学性能。
　　BFRP筋与水泥基类之间的粘结能力，是BFRP锚杆边坡支护设计施工的基础。本文通过对BFRP筋注浆锚固试件进行粘结强度试验，对BFRP筋与水泥基类之间的粘结强度进行了研究。探讨了不同型号的水泥基类与BFRP筋材之间的粘结强度。根据试验结果，建议BFRP筋材与水泥基类的粘结强度取值约为2MPa～4MPa。
　　本文对BFRP筋锚杆（索）的设计与应用进行了初步的研究，同时在土质边坡和岩质边坡的两种边坡锚固体系下，分别与传统锚杆（索）进行了对比试验。现场试验表明，通过等强度替代设计，BFRP筋材锚杆（索）边坡锚固效果与传统锚杆（索）锚杆效果类似。通过现场试验，总结了BFRP筋锚杆（索）施工工艺，验证了BFRP筋锚杆（索）锚固效果。BFRP筋材作为锚杆（索）时，可参考传统锚杆设计规范进行设计。
　　BFRP筋材抗拉强度高，耐酸碱，与混凝土的粘结性能良好，是一种新型岩土工程加固材料，有较好的推广应用前景。建议在岩土工程中进行推广使用，进一步验证BFRP筋材锚杆（索）长期性能。

目录

封面

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摘要

第一章：绪论

1．1 研究意义

1．2 研究及应用现状

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 技术路线图

第二章：BFRP基本力学性能试验

2．1 BFRP抗拉试验

2．1．1 试验方法

2．1．2 试验结果与分析

2．2 BFRP耐候性试验

2．2．1 制样与准备

2．2．2 试样步骤

2．2．3 试验结果

2．3 BFRP抗剪强度试验

2．3．1 试验方法

2．3．2 试验数据处理

2．4 BFRP其他力学性能

2．4．1 线膨胀系数试验

2．4．2 弯曲试验

2．4．3 蠕变松弛性能试验

2．5 BFRP与普通钢筋力学性能对比

2．6 小结

第三章：BFRP与水泥基类握裹力性能试验

3．1 试验方法

3．2 试验步骤

3．2．1 水泥基类配比

3．2．2 试验试件制作

3．2．3 拉拔试验

3．3 试验结果

3．4 小结

第四章：BFRP锚杆在边坡支护中的设计方法

4．1 锚固力计算

4．2 锚杆的布置与安设角度

4．2．1 锚杆间距

4．2．2 锚固角

4．3 锚固体的设计

4．4 锚杆长度的确定

4．5 BFRP锚杆锚具

4．5．1 预应力锚具设计

4．5．2 非预应力锚具设计

4．6 小结

第五章：BFRP锚杆在土质边坡中的应用

5．1 工程简介

5．2 场地地质条件

5．3 边坡稳定性评价

5．3．1 膨胀土边坡稳定性分析方法

5．3．2 最危险滑面的确定

5．3．3 边坡稳定性计算模型

5．3．4 计算边坡稳定性系数

5．4 锚杆支护计算

5．4．1 锚固力计算

5．4．2 锚杆的布置与安设角度

5．4．3 计算锚杆设计锚固力

5．4．4 锚固体的计算

5．4．5 锚杆长度的确定

5．4．6 面网及混凝土喷射设计

5．5 BFRP锚杆施工

5．5．1 BFRP锚杆施工流程

5．5．2 BFRP锚杆施工方法

5．6 锚固效果监测设计分析

5．6．1 监测设计

5．6．2 BFRP锚杆受力分析

5．6．3 BFRP锚杆支护边坡变形监测

5．7 小结

第六章：BFRP锚杆(索)在岩质边坡中的应用

6．1 工点工程地质条件

6．2 工点支护设计

6．2．1 稳定性计算参数及结果

6．2．2 BFRP锚杆(索)设计

6．2．3 锚固边坡稳定性分析

6．2．4 锚杆(索)设计结果

6．3 BFRP锚杆(索)试验方案

6．3．1 BFRP锚杆试验方案

6．3．2 BFRP锚索试验方案

6．4 试验过程

6．5 锚固应用效果监测分析

6．5．1 BFRP锚杆监测结果

6．5．2 BFRP锚索监测结果

6．6 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加的项目