任青陽(yáng) 彭 洋 韓 鎧 陳 斌

（1.省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；3.中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400042）

自然邊坡在天然狀態(tài)下處于平衡狀態(tài)，開挖卸荷打破了原有的平衡，在開挖區(qū)一定深度內(nèi)產(chǎn)生了大量的卸荷裂隙，形成了卸荷帶；卸荷帶內(nèi)巖土體向臨空面回彈變形，抗剪強(qiáng)度急劇降低，影響高切邊坡的穩(wěn)定性。采用預(yù)應(yīng)力錨索加固巖質(zhì)高切邊坡是常見的方法，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)能充分發(fā)揮巖土體自身強(qiáng)度和自承能力，有效控制巖土體的穩(wěn)定性和變形。目前，預(yù)應(yīng)力錨索廣泛應(yīng)用于巖質(zhì)高切邊坡加固，取得了很好的效果。但是對(duì)于卸荷作用下預(yù)應(yīng)力錨索錨固特性研究尚少，急需開展試驗(yàn)研究，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

學(xué)者對(duì)于高切邊坡卸荷帶開展了形成機(jī)理及工程性狀的研究［1］，分析了中、高地應(yīng)力條件下開挖荷載釋放的瞬態(tài)特性及動(dòng)力效應(yīng)［2］，依托邊坡治理工程，采用理論分析、計(jì)算模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，揭示了邊坡失穩(wěn)機(jī)制［3］。對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索的研究，有學(xué)者通過現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，研究了幾種錨索內(nèi)錨段的剪應(yīng)力分布規(guī)律，對(duì)比分析了不同錨索各自的錨固特點(diǎn)［4-5］；有學(xué)者利用Minlin基本解等，建立相關(guān)的力學(xué)模型，推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨段荷載傳遞的解析解［6-8］；有學(xué)者通過對(duì)高邊坡錨索預(yù)應(yīng)力的長(zhǎng)期系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，研究了錨索預(yù)應(yīng)力在鎖定后、邊坡開挖后的變化規(guī)律，揭示了荷載作用下預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失機(jī)理［9-11］。綜上，目前研究主要是集中在卸荷巖體力學(xué)特性和錨索的錨固段剪應(yīng)力分布上，尚少考慮到卸荷帶與錨索的相互作用，以及卸荷作用對(duì)錨索內(nèi)錨段荷載傳遞規(guī)律的影響。

本研究基于相似關(guān)系，選取了水泥石膏混合材料模擬圍巖，注漿體采用M40水泥砂漿，選用?6 mmHRB400鋼筋模擬錨索，通過室內(nèi)物理模型試驗(yàn)研究錨索錨固段荷載傳遞規(guī)律及錨索預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律，并結(jié)合現(xiàn)有的理論對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。研究成果對(duì)錨索進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

1 卸荷條件下錨索的荷載傳遞規(guī)律

在無(wú)支護(hù)下，卸荷后的自然邊坡卸荷帶會(huì)向臨空面產(chǎn)生卸荷回彈，釋放積聚的彈性應(yīng)變能。若在卸荷前預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力錨索，卸荷帶的回彈變形將會(huì)受到錨頭的限制，兩者之間則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的相互作用：預(yù)應(yīng)力錨索給坡面卸荷帶施加了一個(gè)約束力，限制了坡面卸荷帶回彈變形的發(fā)展，相應(yīng)地，坡面也會(huì)對(duì)錨索產(chǎn)生額外的大小相等的張拉荷載。卸荷帶與預(yù)應(yīng)力錨索相互作用見圖1。

卸荷后，被錨索施加約束力卸荷帶的變形量等于卸荷帶施加在錨索上的荷載產(chǎn)生的錨索伸長(zhǎng)量：

式中，dur為坡面在錨索存在下的變形量；dub為錨索的伸長(zhǎng)量；Δσr為錨索施加在坡面上的壓應(yīng)力增量；Δσb為錨索拉應(yīng)力增量；Er為圍巖彈性模量；Eb為錨索的彈性模量，z為坐標(biāo)軸，以孔口為起點(diǎn)。

由力的平衡條件得：

式中，A為錨索的截面面積；S為單根錨索加固的有效巖體坡面面積，可按下式計(jì)算：

其中，b、c分別為錨索布置的水平及垂直間距；α為加固面積修正系數(shù)。

考慮到錨索一般錨固較深，開挖形成的卸荷帶不能影響到錨索內(nèi)錨段的工作性能，錨索自由段也與圍巖沒有摩擦。所以，坡面回彈使預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生的額外張拉力將直接傳遞到錨索內(nèi)錨段，被內(nèi)錨段承擔(dān)。

拉力、壓力集中型錨索內(nèi)錨段承受的是集中荷載，其應(yīng)力應(yīng)變求解可以看成是半無(wú)限體內(nèi)一點(diǎn)受力P0的問題，利用彈性力學(xué)的Minlin問題的解，可以求得其剪應(yīng)力分布的理論解［6-7］。

2 物理模型試驗(yàn)

本試驗(yàn)以貴州省某高速巖質(zhì)邊坡工程為研究背景，邊坡巖體主要為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度11.3 MPa，彈性模量為5.12 GPa，泊松比為0.16。簡(jiǎn)化對(duì)比條件，坡面設(shè)為90°，暫未考慮巖體節(jié)理、結(jié)構(gòu)面和非卸荷面的圍壓模擬，取均質(zhì)軟巖作為模擬巖體。本試驗(yàn)以使用拉力、壓力集中型預(yù)應(yīng)力錨索加固均質(zhì)軟巖的邊坡為研究原型，其中錨索錨固間距3 m，錨索長(zhǎng)度均為10 m，拉力集中型錨索的內(nèi)錨段長(zhǎng)度為5 m。

2.1 模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1.1 相似比的確立

本試驗(yàn)采用量綱分析法確定相似關(guān)系。綜合考慮，取幾何相似比CL=1∶10，彈性模量相似比CE=1為基礎(chǔ)相似比，計(jì)算各物理量的相似比為Cσ=1，Cl=1∶10，CP=1∶100，其中σ、l、P分別表示卸荷帶錨索應(yīng)力、位移、集中力。故拉力集中型錨索索體長(zhǎng)1.0 m，自由段長(zhǎng)0.5 m，錨固段長(zhǎng)0.5 m；壓力集中型錨索索體長(zhǎng)1.0 m。

2.1.2 模擬材料及材料參數(shù)的確定

為滿足相似條件和試驗(yàn)條件，模型中各部分模擬材料選擇見表1。為保證模擬材料的相似比和數(shù)值模擬試驗(yàn)研究的參數(shù)準(zhǔn)確性，在主體試驗(yàn)之前，首先對(duì)模擬巖體的材料和注漿體材料進(jìn)行了立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、彈性模量試驗(yàn)和泊松比試驗(yàn)，測(cè)試材料參數(shù)。材料參數(shù)見表2。

2.1.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱?/p>

根據(jù)相似比和試驗(yàn)條件的要求，設(shè)計(jì)的模擬模型的幾何尺寸見表3。

本次模型試驗(yàn)，坡體設(shè)置4根預(yù)應(yīng)力錨索，其中1#、2#為拉力集中型預(yù)應(yīng)力錨索，3#、4#為壓力集中型預(yù)應(yīng)力錨索，模型錨索布置見圖2。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鞴ば蛉缦拢翰贾缅^索索體測(cè)點(diǎn)→制作注漿體→布置注漿體測(cè)點(diǎn)→澆筑模型→自然養(yǎng)護(hù)。首先將應(yīng)變片貼到螺紋鋼筋設(shè)計(jì)位置，并對(duì)其進(jìn)行絕緣防護(hù)。然后選擇內(nèi)徑3 cm的PVC管作為注漿體模具，管內(nèi)側(cè)涂抹脫模劑，將制作完成的螺紋鋼筋通過對(duì)中支架固定于PVC管中軸線附近。將PVC管從側(cè)面剖開，引出鋼筋應(yīng)變片的導(dǎo)線，用電工膠帶將其重新閉合。采用分段澆筑的方法，用配比好的水泥砂漿灌注，自然養(yǎng)護(hù)7 d，拆模，取出注漿體。待注漿體干燥后，削平貼片位置，用AB膠粘貼應(yīng)變片，并完成絕緣防護(hù)。澆筑模型時(shí)，預(yù)先將下排注漿體放置于模板中定位，將導(dǎo)線理順并引出。巖體模擬材料按比例拌和完成后直接進(jìn)行澆筑，并及時(shí)振搗。再放入上排注漿體并定位，澆筑巖體模擬材料，最后將模型上表面刮平并覆蓋塑料膜，自然養(yǎng)護(hù)。模型制作圖見圖3。

2.2 模型施加荷載

原型卸荷時(shí)坡面巖土應(yīng)力估算為300 kPa，模型受力尺寸為0.6 m×0.6 m，故設(shè)計(jì)荷載為108 kN。原型錨索拉力設(shè)計(jì)值400 kN，故模型錨索拉力設(shè)計(jì)值4 kN。

本試驗(yàn)?zāi)Ｐ托逗勺饔檬峭ㄟ^提前施加均布荷載、在張拉錨固錨索后卸均布荷載來(lái)模擬，受限于試驗(yàn)條件，本試驗(yàn)僅對(duì)坡面進(jìn)行加、卸荷。為更好地模擬卸荷的應(yīng)力狀態(tài)，提前48 h對(duì)模型施加荷載。

2.3 錨索的張拉與鎖定

本次試驗(yàn)共4根模型錨索，為減少?gòu)埨^程對(duì)其他錨索的影響，張拉順序選擇為1#→4#→2#→3#（2種錨索位置見圖2）。在張拉之前，對(duì)模型錨索預(yù)張拉2次，保證模型錨索被拉直，預(yù)張拉力的大小選擇為設(shè)計(jì)錨固力的20%，即0.8 kN。張拉過程中，分5級(jí)進(jìn)行張拉，每級(jí)施加荷載分別為0.8 kN、1.6 kN、2.4 kN、3.2 kN、4.0 kN，每級(jí)加載都要持荷3 min，加載完成后，持荷穩(wěn)壓5 min，待荷載穩(wěn)定后，錨具鎖定。

2.4 卸荷試驗(yàn)

所有模型錨索張拉完成2.5 h后，千斤頂泄壓，完成對(duì)坡面荷載的卸荷。觀察數(shù)據(jù)采集情況，做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄工作。模型卸荷后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)持續(xù)采集數(shù)據(jù)15 h，試驗(yàn)結(jié)束。

3 試驗(yàn)成果及分析

3.1 拉力集中型錨索索體表面剪應(yīng)力分析

1#和2#拉力集中型錨索內(nèi)錨段索體與注漿體間的剪應(yīng)力在卸荷前，卸荷后5 s、15 min和2 h（因卸荷后2～15 h，拉力集中型內(nèi)錨段索體剪應(yīng)力不再變化，故取到卸荷后2 h，與后面圖6中取到卸荷后2 h的原因相同）沿索體軸向的分布情況見圖4。

3.1.1 剪應(yīng)力分布的一般規(guī)律

錨索索體與注漿體間的剪應(yīng)力以近似雙曲線的形式分布。在內(nèi)錨段起點(diǎn)附近剪應(yīng)力集中嚴(yán)重，其峰值點(diǎn)就在內(nèi)錨段起點(diǎn)處，隨著深度的增加迅速衰減。剪應(yīng)力分布范圍很小，85%剪應(yīng)力集中在距離內(nèi)錨段起點(diǎn)16 cm（1/3內(nèi)錨段長(zhǎng)度）范圍內(nèi)。

3.1.2 卸荷作用對(duì)錨索索體剪應(yīng)力的影響分析

卸荷作用對(duì)錨索索體剪應(yīng)力的影響主要體現(xiàn)在內(nèi)錨段起點(diǎn)1/3內(nèi)錨段長(zhǎng)度范圍內(nèi)的剪應(yīng)力增大，對(duì)錨索索體剪應(yīng)力分布形式和作用范圍無(wú)影響。

從圖4可以看出，剪應(yīng)力曲線主要是在距離內(nèi)錨段起點(diǎn)1/3內(nèi)錨段長(zhǎng)度范圍內(nèi)產(chǎn)生明顯上移，其他2/3長(zhǎng)度范圍之內(nèi)沒有變化，剪應(yīng)力分布形式?jīng)]有變化，且剪應(yīng)力分布范圍沒有改變。具體體現(xiàn)是：1#錨索內(nèi)錨段起點(diǎn)附近的剪應(yīng)力峰值為2.8 MPa，卸荷后5 s增大至2.95 MPa，15 min后達(dá)到3.16 MPa，2 h后回落至3.02 MPa。卸荷前2#錨索內(nèi)錨段起點(diǎn)附近的剪應(yīng)力峰值為2.95 MPa，卸荷后5 s增大至3.12 MPa，15 min后達(dá)到3.35 MPa，2 h后回落至3.27 MPa。由此可見，卸荷作用對(duì)索體表面剪應(yīng)力的主要影響體現(xiàn)為卸荷作用導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)在內(nèi)錨段起點(diǎn)附近剪應(yīng)力迅速增大，具體表現(xiàn)為剪應(yīng)力最大平均增大比率為13.2%。

造成這種變化的原因是：卸荷作用導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力增大，因而預(yù)應(yīng)力錨索索體總剪力隨之增大，增大的剪力主要由錨索索體的剪應(yīng)力集中區(qū)承擔(dān)。因?yàn)榇藭r(shí)的剪應(yīng)力未超過索體—注漿體界面的抗剪強(qiáng)度，所以剪應(yīng)力集中區(qū)的剪應(yīng)力繼續(xù)增大，表現(xiàn)為圖4中內(nèi)錨段起點(diǎn)1/3內(nèi)錨段長(zhǎng)度范圍內(nèi)剪應(yīng)力曲線上升。在卸荷作用達(dá)到最大時(shí)，從圖4中曲線起始點(diǎn)未發(fā)生移動(dòng)或者曲線未變形，說明此時(shí)的剪應(yīng)力也沒有超過索體—注漿體界面的抗剪強(qiáng)度，剪應(yīng)力一直是處于彈性階段。卸荷2 h后剪應(yīng)力曲線回落的原因是：卸荷帶—錨索應(yīng)力重分布完成，錨固體重新進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)?？傊谛逗蛇^程中，索體—注漿體界面處于彈性階段，未發(fā)生塑性滑移破壞。因此對(duì)注漿體而言，采用較高強(qiáng)度的注漿材料，提高混凝土密實(shí)性，保證索體—注漿體界面具有較高的抗剪強(qiáng)度。

在卸荷作用完成后，錨索索體剪應(yīng)力分布曲線總體上移，索體總剪力等于錨索索體剪應(yīng)力分布曲線對(duì)整個(gè)剪應(yīng)力分布區(qū)域積分，錨索索體總剪力增加。造成的原因是：模型卸荷后，圍巖應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放，向臨空面回彈變形，但預(yù)應(yīng)力錨索錨頭的存在使巖體的回彈變形受到阻礙，使錨索預(yù)應(yīng)力迅速增大，故預(yù)應(yīng)力錨索索體總剪力隨之增大。

3.1.3 錨索剪應(yīng)力的試驗(yàn)結(jié)果與理論解對(duì)比

將試驗(yàn)的參數(shù)代入文獻(xiàn)［6］的索體與注漿體界面剪應(yīng)力分布理論解公式中，計(jì)算錨索索體與注漿體界面剪應(yīng)力理論值，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比于圖5中，可以判斷，卸荷前內(nèi)錨段受力處于彈性階段，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算結(jié)果在剪應(yīng)力大小、剪應(yīng)力曲線分布上吻合較好。

3.2 拉力、壓力集中型錨索注漿體表面剪應(yīng)力分析

1#、2#拉力集中型和3#、4#壓力集中型預(yù)應(yīng)力錨索注漿體與周圍巖體間的剪應(yīng)力在卸荷前，卸荷后5 s、15 min、2 h沿注漿體軸向的分布情況見圖6。

3.2.1 剪應(yīng)力分布的一般規(guī)律

（1）拉力型集中型錨索注漿體與圍巖間剪應(yīng)力分布是不均勻的。剪應(yīng)力在內(nèi)錨段起點(diǎn)處較小，隨深度的增加迅速增大，在距起點(diǎn)6～7 cm（約1/7內(nèi)錨段長(zhǎng)度）處達(dá)到峰值，從峰值點(diǎn)往內(nèi)剪應(yīng)力按負(fù)指數(shù)形式迅速衰減并在48 cm左右處趨近于零；約84%剪應(yīng)力集中在距內(nèi)錨段起點(diǎn)20 cm（2/5內(nèi)錨段長(zhǎng)度）范圍內(nèi)。

（2）壓力集中型錨索注漿體與圍巖間的剪應(yīng)力沿注漿體軸向的分布也是不均勻的，近似雙曲線形式迅速衰減。在承載板處，剪應(yīng)力在起點(diǎn)處較大，在距離承載板4～5 cm（約1/20注漿體長(zhǎng)度）處達(dá)到峰值，峰值點(diǎn)后剪應(yīng)力迅速衰減，并在距承載板12 cm（約1/8注漿體長(zhǎng)度）后衰減變緩，在50 cm（1/2注漿體長(zhǎng)度）左右趨近于零。其剪應(yīng)力集中分布區(qū)域比拉力集中型錨索更小，約81%剪應(yīng)力集中在距承壓板位置10 cm（1/10注漿體長(zhǎng)度）范圍內(nèi)。

3.2.2 卸荷作用對(duì)錨索注漿體剪應(yīng)力的影響分析

（1）卸荷作用對(duì)拉力、壓力集中型錨索注漿體表面剪應(yīng)力的瞬時(shí)影響主要體現(xiàn)在剪應(yīng)力集中區(qū)的剪應(yīng)力變大，對(duì)剪應(yīng)力分布范圍和分布形式無(wú)影響。拉力型錨索注漿體剪應(yīng)力距內(nèi)錨段起點(diǎn)2/5內(nèi)錨段長(zhǎng)度范圍內(nèi)剪應(yīng)力曲線上移明顯，卸荷15 min后，1#、2#拉力集中型錨索注漿體最大剪應(yīng)力的平均增大比率為10.1%，但在整個(gè)卸荷過程中，注漿體剪應(yīng)力分布范圍沒有變化和分布形式?jīng)]有改變。壓力型錨索注漿體表面剪應(yīng)力在距承壓板位置1/5注漿體長(zhǎng)度范圍內(nèi)剪應(yīng)力曲線上移明顯，卸荷15 min后，3#、4#壓力集中型錨索注漿體最大剪應(yīng)力的平均增大比率為12.7%。

（2）卸荷作用對(duì)壓力集中型錨索注漿體峰值剪應(yīng)力的影響要大于對(duì)拉力集中型錨索。具體數(shù)據(jù)對(duì)比見圖7。在卸荷2 h后，錨索注漿體剪應(yīng)力的變化基本穩(wěn)定。此時(shí)，壓力集中型錨索剪應(yīng)力峰值較卸荷前累計(jì)增大10.4%，拉力集中型錨索剪應(yīng)力峰值較卸荷前累計(jì)增大7.7%。造成這種變化的原因是：注漿體材料的抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度，壓力集中型錨索注漿體能承受的剪應(yīng)力峰值比拉力集中型注漿體能承受的剪應(yīng)力峰值更大，這也造成了在相同拉拔荷載作用下壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值大；因而在卸荷作用下，壓力集中型錨索主要表現(xiàn)為增大注漿體剪應(yīng)力峰值，而拉力集中型錨索主要表現(xiàn)為增大注漿體剪應(yīng)力分布范圍。所以壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值增大的比率比拉力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值增大的比率大。故在實(shí)際錨固工程中，對(duì)壓力型錨索，確保注漿體的飽滿度是保證施工質(zhì)量關(guān)鍵，要選用高強(qiáng)度低收縮率的注漿材料；對(duì)拉力型錨索，確保注漿體的有效長(zhǎng)度是施工質(zhì)量關(guān)鍵。

（3）卸荷作用都造成了2種錨索注漿體剪應(yīng)力峰值點(diǎn)向內(nèi)部小距離移動(dòng)。1#、2#拉力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力分布曲線峰值點(diǎn)移動(dòng)距離分別為1.18 cm、1.95 cm，最終平均移動(dòng)1.57 cm；3#、4#壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力分布曲線峰值點(diǎn)移動(dòng)距離分別為0.92 cm、0.76 cm，最終平均移動(dòng)0.84 cm。由此可見，卸荷作用對(duì)拉力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值點(diǎn)移動(dòng)影響程度要大于壓力集中型錨索。因?yàn)閴毫行湾^索注漿體是利用注漿體材料的抗壓強(qiáng)度較大，故相比之下，壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值較大，剪應(yīng)力分布范圍較小，而拉力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力峰值較小，剪應(yīng)力分布范圍較大；故在卸荷作用下，壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力曲線的變化主要是剪應(yīng)力峰值增大，而不是剪應(yīng)力峰值點(diǎn)右移；而拉力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力曲線的變化主要是剪應(yīng)力峰值點(diǎn)右移，而不是剪應(yīng)力峰值增大。

3.2.3 卸荷作用對(duì)錨索注漿體剪應(yīng)力變化的影響機(jī)理分析

造成2種錨索注漿體剪應(yīng)力變化的原因是：模型卸荷后，圍巖應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放，并向卸荷方向強(qiáng)烈回彈，但預(yù)應(yīng)力錨索錨頭的存在使巖體的回彈變形受到阻礙，使錨索預(yù)應(yīng)力迅速增大，故注漿體剪應(yīng)力隨之增大。

模型卸荷后，預(yù)應(yīng)力錨索注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)的變化可分為2個(gè)階段：

（1）注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)處于彈性階段，從圖6中卸荷前、卸荷后5 s和15 min曲線可以看出，隨著卸荷作用的開始，注漿體剪應(yīng)力曲線上升，但注漿體剪應(yīng)力峰值點(diǎn)未移動(dòng)，故可判斷注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)處于彈性階段。

（2）注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)入塑性滑移階段，從圖6中卸荷后2 h的曲線可以看出，當(dāng)卸荷作用導(dǎo)致注漿體最大剪應(yīng)力超過注漿體與圍巖之間界面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)入塑性滑移階段，注漿體剪應(yīng)力峰值點(diǎn)向注漿體內(nèi)部小范圍移動(dòng)。此時(shí)，注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生了塑性滑移破壞。

3.2.4 錨索剪應(yīng)力的試驗(yàn)結(jié)果與理論解對(duì)比

將試驗(yàn)的參數(shù)代入文獻(xiàn)［6、7］中的注漿體與巖土體界面剪應(yīng)力分布理論解公式，計(jì)算2種錨索注漿體與圍巖界面剪應(yīng)力理論值，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比于圖8中，可以判斷，卸荷前內(nèi)錨段受力處于彈性階段時(shí)，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算結(jié)果的曲線走勢(shì)基本一致，但2種錨索理論計(jì)算值分布范圍更短，拉力型的在35 cm處接近于零，壓力型的在30 cm處接近于零，而拉力型的實(shí)測(cè)值都在50 cm處接近于零，壓力型的在45 cm處接近于零。再者，拉力型的試驗(yàn)曲線更陡，拉力型的剪應(yīng)力峰值的試驗(yàn)值比理論計(jì)算的峰值平均大約10%；拉力型的試驗(yàn)曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積比理論計(jì)算得到的曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積平均大4.5%。壓力型錨索的剪應(yīng)力峰值的試驗(yàn)值比理論計(jì)算的峰值相差較小；壓力型的試驗(yàn)曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積比理論計(jì)算得到的曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積平均大126%，因而實(shí)測(cè)時(shí)注漿體與圍巖界面總剪力要大于理論計(jì)算的總剪力。總之，對(duì)拉力集中型錨索注漿體—圍巖界面剪應(yīng)力分布的理論解是較準(zhǔn)確的，而對(duì)壓力集中型錨索注漿體—圍巖界面剪應(yīng)力分布的理論解還有待改進(jìn)。

3.3 拉力、壓力集中型錨索預(yù)應(yīng)力—時(shí)間變化分析

本次試驗(yàn)張拉完成后對(duì)錨索模型的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了15 h的持續(xù)監(jiān)測(cè)，獲得了1#、2#拉力集中型和3#、4#壓力集中型錨索預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線，見圖9。

模型卸荷時(shí)間分別對(duì)應(yīng)于1#錨索模型張拉鎖定后的第245 min、2#錨索模型張拉鎖定后的第187 min、3#錨索模型張拉鎖定后的第150 min、4#錨索模型張拉鎖定后的第208 min。

3.3.1 錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力變化

2種錨索鎖定后的預(yù)應(yīng)力發(fā)展都具有明顯的階段性。第一階段為快速降低階段，主要發(fā)生在張拉鎖定后的40 min內(nèi)，這一階段變化特征表現(xiàn)為預(yù)應(yīng)力快速降低。這種現(xiàn)象主要是由錨具回縮和表層巖體壓密導(dǎo)致的。第二階段為緩慢波動(dòng)降低階段，主要發(fā)生在鎖定后的400 min內(nèi)，這一階段變化特征表現(xiàn)為預(yù)應(yīng)力小范圍的波動(dòng)并緩慢降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是模型內(nèi)部巖體和錨索進(jìn)行應(yīng)力重分布，產(chǎn)生反復(fù)的壓縮和回彈，進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的波動(dòng)下降。第三階段為趨于穩(wěn)定階段，預(yù)應(yīng)力總體呈穩(wěn)定趨勢(shì)，有很小的降低。

3.3.2 卸荷作用的影響分析

（1）從卸荷導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力—時(shí)間曲線來(lái)看，卸荷具有瞬時(shí)性［2］，使錨索預(yù)應(yīng)力迅速增大，但最終趨于穩(wěn)定，使錨索預(yù)應(yīng)力發(fā)生臺(tái)階式的提升。在卸荷作用后，拉力集中型錨索長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力平均損失為14.0%，壓力集中型錨索長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力平均損失為6.0%。其原因和變化過程是：模型卸荷后，巖體應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放，并向卸荷方向強(qiáng)烈回彈，但預(yù)應(yīng)力錨索錨頭的存在使巖體的回彈變形受到阻礙，使錨索預(yù)應(yīng)力隨之迅速增大，在之后的30 min內(nèi)達(dá)到峰值；隨著卸荷作用進(jìn)行，巖體—錨索應(yīng)力重分布逐漸完成，最后緩慢減小直至穩(wěn)定，但卸荷作用對(duì)錨索預(yù)應(yīng)力的發(fā)展趨勢(shì)沒有造成明顯影響。

（2）卸荷作用對(duì)壓力集中型錨索預(yù)應(yīng)力的影響程度高于拉力集中型錨索。卸荷后，1#錨索預(yù)應(yīng)力15 min內(nèi)增大0.17 kN，最多增大0.23 kN，較卸荷前分別增大了5.2%和7.0%；2#錨索預(yù)應(yīng)力15 min內(nèi)增大0.187 kN，最多增大0.257 kN，較卸荷前分別增大了5.6%和7.7%，即拉力集中型錨索預(yù)應(yīng)力最大平均提高7.4%。3#錨索預(yù)應(yīng)力15 min內(nèi)增大0.28 kN，最多增大0.36 kN，較卸荷前分別增大了8.0%和10.2%；4#錨索預(yù)應(yīng)力15 min內(nèi)增大0.25 kN，最多增大0.34 kN，較卸荷前分別增大了7.0%和9.5%，即壓力集中型錨索預(yù)應(yīng)力最大平均提高9.8%。

4 結(jié)論

通過對(duì)卸荷條件下預(yù)應(yīng)力錨索錨固特性的模型試驗(yàn)結(jié)果的分析與比較，得出以下結(jié)論：

（1）分析了卸荷作用下卸荷帶—錨索的荷載傳遞機(jī)制。通過對(duì)比錨索彈性狀態(tài)下剪應(yīng)力分布的試驗(yàn)與理論曲線發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有對(duì)拉力集中型錨索內(nèi)錨段兩種界面剪應(yīng)力分布的理論解是較準(zhǔn)確的，而對(duì)壓力集中型錨索注漿體—圍巖界面剪應(yīng)力分布的理論解還有待改進(jìn)。

（2）卸荷作用對(duì)拉力集中型索體剪應(yīng)力的影響主要體現(xiàn)在內(nèi)錨段起點(diǎn)的1/3內(nèi)錨段長(zhǎng)度范圍內(nèi)剪應(yīng)力增大，最大增大比率為13.2%，對(duì)索體剪應(yīng)力的分布范圍、分布形式無(wú)影響。

（3）卸荷作用對(duì)拉力、壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力影響都是在剪應(yīng)力集中區(qū)的剪應(yīng)力增大。拉力集中型錨索平均增大比率為10.1%，壓力集中型錨索平均增大比率為12.7%，壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力增大比率大于拉力集中型錨索漿體剪應(yīng)力增大比率。

（4）卸荷作用導(dǎo)致了拉力、壓力集中型錨索注漿體剪應(yīng)力集中區(qū)發(fā)生了塑性滑移破壞，因而2種錨索注漿體剪應(yīng)力峰值點(diǎn)向內(nèi)部小距離移動(dòng)。

（5）卸荷作用導(dǎo)致了錨索預(yù)應(yīng)力發(fā)生臺(tái)階式的提升，但發(fā)展趨勢(shì)沒有受到明顯的影響。拉力集中型錨索長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失為14.0%，壓力集中型錨索長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失為6.0%。在卸荷后，壓力集中型錨索預(yù)應(yīng)力的增加比率較拉力集中型錨索預(yù)應(yīng)力的增加比率大。