賀陽(yáng)輝++蘇杭

摘 要：錨固系統(tǒng)宏觀上是由巖土體、黏結(jié)材料和錨桿桿體三種介質(zhì)組成。錨桿和巖土體之間通過(guò)它們之間的接觸界面完成相互作用。通過(guò)開展室內(nèi)剪切蠕變?cè)囼?yàn)，并且考慮錨固界面的蠕變特性對(duì)錨固系統(tǒng)的影響和作用，得出界面應(yīng)變隨時(shí)間、荷載大小和錨桿長(zhǎng)度的變化規(guī)律，分析錨固界面的蠕變特性并討論桿長(zhǎng)方向分布的界面應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律。試驗(yàn)分析的結(jié)果表明，試驗(yàn)件分級(jí)蠕變量與加載階段密切相關(guān)。低應(yīng)力水平階段，荷載恒定前期錨固體的蠕變變形量較大，后期蠕變量較小，呈現(xiàn)衰減蠕變趨勢(shì)；高應(yīng)力水平階段試件蠕變特性較大，并在破壞前期出現(xiàn)速率短暫急速增大過(guò)程。

關(guān)鍵詞：錨固界面；蠕變；剪切蠕變?cè)囼?yàn)；錨固系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.233

1 引言

錨固技術(shù)作，已成為為一種巖土加固技術(shù)，已廣泛應(yīng)用到各大工程建設(shè)中，因其加固效果明顯、經(jīng)濟(jì)效益顯著解決巖土工程穩(wěn)定性問(wèn)題最有效的方法之一。已有的研究表明，錨固界面的力學(xué)特性對(duì)錨固工程長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。關(guān)于錨固系統(tǒng)錨固界面力學(xué)特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾做過(guò)大量試驗(yàn)研究。錨桿與注漿體界面即第一界面剪應(yīng)力，注漿體和巖土界面即第二界面剪應(yīng)力的變化規(guī)律，不少學(xué)者也得到一些公認(rèn)的定性結(jié)論。苪瑞[1]等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，通過(guò)預(yù)埋自制的應(yīng)變磚測(cè)得靠近孔壁的注漿體界面的切向剪應(yīng)力，來(lái)表示錨固界面粘結(jié)力分布，并分析了軸向和切向剪應(yīng)力分布規(guī)律。趙同彬[3]等進(jìn)行室內(nèi)錨固系統(tǒng)拉拔蠕變?cè)囼?yàn)，選取不同等級(jí)強(qiáng)度混凝土為等效巖土體，并選取樹脂、砂漿等作為黏結(jié)材料，獲得全長(zhǎng)黏結(jié)型軸力、兩個(gè)界面的剪應(yīng)力沿軸向方向的分布規(guī)律和隨時(shí)間的變化規(guī)律?？偠灾^桿發(fā)揮作用在圍巖體上是依靠錨固界面來(lái)完成的，而對(duì)于整個(gè)錨固系統(tǒng)，錨固界面是錨固系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)有效統(tǒng)計(jì)，錨固系統(tǒng)的破壞70%是發(fā)生在界面上的，因此錨固界面特性強(qiáng)弱決定了錨固系統(tǒng)的強(qiáng)弱。

錨桿發(fā)揮作用在圍巖體上是依靠錨固界面來(lái)完成的，整個(gè)錨固系統(tǒng)中，錨固界面是錨固系統(tǒng)中的相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，因此錨固界面的強(qiáng)弱決定了錨固系統(tǒng)的強(qiáng)弱。如何通過(guò)錨固界面剪切蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)分析不同荷載下錨固界面的力學(xué)特性，諸如不同荷載下應(yīng)變分布規(guī)律，以及錨桿軸力，錨桿與注漿體界面剪力，注漿體和被加固體界面應(yīng)力變化規(guī)律顯得尤為重要[4]。本文在前人剪切流變理論基礎(chǔ)上進(jìn)行室內(nèi)錨固系統(tǒng)拉拔蠕變?cè)囼?yàn)，分析錨固界面在不同荷載作用下應(yīng)力應(yīng)變分布形式及隨時(shí)間變化形式，并探究蠕變對(duì)錨固界面應(yīng)力傳遞的影響。

2 錨固界面蠕變?cè)囼?yàn)研究

2.1 試件制備

室內(nèi)試驗(yàn)裝置以RYL—600型微機(jī)控制三軸流變?cè)囼?yàn)機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)改變?cè)械倪B接部件等技術(shù)措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)錨固系統(tǒng)蠕變拉拔試驗(yàn)。本文共制得4個(gè)壓力型錨固試件，其中編號(hào)為SJ-1和SJ-2的錨固試件為全長(zhǎng)粘結(jié)型試件，編號(hào)為SJ-3和SJ-4的錨固試件為半長(zhǎng)粘結(jié)型試件。錨固試件由基體、錨桿、黏結(jié)材料三部分組成。其中，基體采用混凝土材料制作，混凝土強(qiáng)度為C30，其設(shè)計(jì)配合比按規(guī)范為水：水泥：砂：碎石=220：449：615：1116。錨桿選用直徑為16mm的四級(jí)螺紋鋼，桿體長(zhǎng)度為550mm。灌漿材料選用M20的砂漿，砂漿配合比為水：水泥：砂=0.6：1：5.27。試件制備完畢，放入恒溫恒濕室養(yǎng)護(hù)28天。錨固試件力學(xué)模型如下：

2.2 加載方式

根據(jù)錨桿試驗(yàn)的規(guī)定，錨桿拉拔的加載采用分級(jí)加載法[5]，本文采用分級(jí)加載法中的單體分級(jí)增量加載方式，此法既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)。根據(jù)常規(guī)拉拔試驗(yàn)所得荷載結(jié)果推知此種由C30基體和M20灌漿體組成的錨固系統(tǒng)極限拉拔荷載在90KN左右。具體加載方案如表1如下：

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在對(duì)自制壓力型錨固系統(tǒng)試件SJ-1，SJ-2，SJ-3，SJ-4進(jìn)行拉拔試驗(yàn)過(guò)程中，分別歷時(shí)大約287、243、190、243個(gè)小時(shí)，最終錨固試件破壞。如圖2所示SJ-1，SJ-3錨固系統(tǒng)分別在80kN，80kN的恒定荷載下，歷時(shí)大約2， 2個(gè)小時(shí)后出現(xiàn)蠕變破壞。破壞部位為試件基體和灌漿體的接觸界面，破壞現(xiàn)象基本包括沿基體粘結(jié)面開裂，裂縫幾乎貫穿整個(gè)界面，灌漿體下部局部被壓壞；灌漿體上移一小段距離等。其中SJ-2，SJ-4也是在80kN，80kN的恒定荷載下破壞。如圖所示SJ-1，SJ-3位移——時(shí)間曲線，可知加載瞬間，錨固界面會(huì)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)變形，幾乎占試驗(yàn)過(guò)程位移的80%左右。

錨固系統(tǒng)在分級(jí)荷載作用下應(yīng)力分布規(guī)律，注漿體和被加固體界面應(yīng)變變化規(guī)律如圖3所示：

由圖3曲線可知，本文采用的是有代表性和較為完整的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)的分析。其中包括全長(zhǎng)粘結(jié)性試件SJ-1第二錨固界面上中間位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-4及離端口最遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-12， SJ-2第二錨固界面上離端口最遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-12；半長(zhǎng)粘結(jié)性試件SJ-3第二錨固界面上離端口最近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-1，SJ-4第二錨固界面上中間偏下部位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-4和1-6。通過(guò)分析第二錨固界面上布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)第二錨固界面上的應(yīng)變影響，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)定，最后得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-1最靠近端口，在該處錨桿的應(yīng)變最大，沿著桿長(zhǎng)向端尾，錨桿的應(yīng)變逐漸衰減，在端尾達(dá)到最小值。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-1在荷載施加的一瞬間產(chǎn)生較大的變形，荷載恒定后，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-1表現(xiàn)出了剪切蠕變特性，即應(yīng)力不變的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間連續(xù)增長(zhǎng)，但是應(yīng)變的速率較小。當(dāng)荷載在25 kN等較低應(yīng)力水平以下時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)也不大，即達(dá)到第二錨固界面的長(zhǎng)期強(qiáng)度[6]后的衰減蠕變階段；當(dāng)荷載在一個(gè)中等應(yīng)力水平下，瞬時(shí)變形后錨固界面表現(xiàn)蠕變特征不是很明顯，其變化的速率趨于一恒定的值；當(dāng)荷載達(dá)到75 kN或80kN這樣的高應(yīng)力水平以上時(shí)，錨固界面便開始失效，失效前期速率變化有一個(gè)急增過(guò)程直到試件破壞。同理監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-4，1-6靠近中部偏下的位置，在低應(yīng)力水平時(shí)也表現(xiàn)出了衰減蠕變階段，以及在較高應(yīng)力水平時(shí)的穩(wěn)定蠕變階段，界面的剪切效應(yīng)是由端口向端尾傳遞發(fā)展的，即端口發(fā)展快，端尾發(fā)展慢，故1-12監(jiān)測(cè)點(diǎn)未能表現(xiàn)出這樣明顯的蠕變階段中的前兩個(gè)蠕變階段。因此當(dāng)端尾附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)快要達(dá)到極限時(shí)，此時(shí)端口附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)已經(jīng)破壞，此時(shí)錨固系統(tǒng)已經(jīng)失效。endprint

3 結(jié)論

本文通過(guò)進(jìn)行室內(nèi)剪切流變?cè)囼?yàn)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，就全長(zhǎng)粘結(jié)性錨固體與半長(zhǎng)粘結(jié)性錨固體的注漿體和巖土界面（第二界面）剪切蠕變特性的分析結(jié)果，得出其流變特性發(fā)展趨勢(shì)結(jié)論如下：

（1）試驗(yàn)件分級(jí)蠕變量與加載階段密切相關(guān)。低應(yīng)力水平階段，荷載恒定前期錨固體的蠕變變形量較大，后期蠕變量較小，呈現(xiàn)衰減蠕變趨勢(shì)；高應(yīng)力水平階段試件蠕變特性較大，并在破壞前期出現(xiàn)速率短暫急速增大過(guò)程。

（2）錨固體蠕變?cè)囼?yàn)得出的破壞強(qiáng)度值明顯低于常規(guī)拉拔試驗(yàn)，就本文所提錨固體其長(zhǎng)期強(qiáng)度與短期加載瞬時(shí)強(qiáng)度相比，降低約10%～20%。

（3）在不同恒定加載水平下，通過(guò)對(duì)不同錨固端上的蠕變曲線的分析，錨固體界面蠕變經(jīng)歷粘彈、粘塑、粘脫三個(gè)蠕變階段。

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基金項(xiàng)目：湖南省研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（CX2015B493）

作者簡(jiǎn)介：賀陽(yáng)輝，男，碩士，研究方向：頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。endprint