动静复合拉拔作用下锚杆结构的破坏机制研究

摘要

为研究锚杆结构在动静复合拉拔作用下的破坏机制，基于锚固剂的弹塑性损伤本构模型和锚固界面黏结滑移模型，引入参数“静力比”和变幅正弦式动荷载模型，建立了锚杆结构的数值计算模型。首先以锚杆加载端的荷载—位移曲线为研究对象，通过室内试验进行了模型验证。然后对不同界面强度的多组锚杆结构在复合拉拔作用下的破坏过程、破坏模式和破坏特征等展开了研究，同时对参数静力比的影响进行了分析。结果表明：（1）受锚固界面强度的影响，锚杆结构主要包括：单一破坏模式（锚固界面滑移脱黏）、三段复合破坏模式（锚固剂斜开裂—水平开裂—界面滑移脱黏）和两段复合破坏模式（锚固剂斜开裂—水平开裂）。（2）锚固界面强度较小时，锚杆沿锚固界面完全脱黏。随着界面强度的增大，锚固剂斜向开裂缝倾角越小，斜向开裂区范围越大，但尚未延伸至锚固界面。（3）静力比在70%以下时，锚杆结构的承载力随静力比的提高而逐渐增加，反之则逐渐降低。锚杆结构的极限位移和动载循环次数均随静力比的提高而逐渐降低。（4）复合拉拔作用下锚杆结构的峰值荷载低于其在静力时的值，且峰后承载力下降更为明显。工程应用中，建议增加锚固界面和锚固剂强度，适当降低静力比，减弱动力冲击荷载的作用。

关键词

隧洞 / 锚杆结构 / 复合拉拔 / 破坏机制 / 界面强度 / 静力比

基金资助

中建六局科技研发计划资助课题“复杂环境条件下输水隧洞爆破施工关键技术研究”（编号：CSCEC6B-2020-Z-12）、“输水隧洞软弱围岩突发坍塌支护设计和充填注浆应急处置技术研究”（编号：CSCEC6B-2021-Z-21）; 国家自然科学基金项目“爆破震动诱发深部巷道围岩时效破坏机制与损伤模型”（编号：51974136）联合资助