基于模型试验黏结式锚杆锚固段受力特征研究

摘要

【目的】针对岩土工程中锚固段受力机理及界面应力分布难以直接观测的问题，分析不同锚固长度下锚杆轴力与剪应力的分布特征，揭示其力学响应规律，进而优化锚固参数的设计准则。【方法】通过室内相似模型拉拔试验、弹性力学理论解析与三维数值模拟相结合的方法，构建锚固段受力分析模型；采用锚固长度≤40 cm的中短锚固段锚杆样本及超长锚固段锚杆样本，实时监测轴力与界面剪应力变化；基于开尔文弹性理论建立应力传递方程，并利用FLAC 3D数值模拟方法验证理论解析结果。【结果】轴力沿锚固段呈负指数衰减，超83%的轴力集中于锚固段前半部分，孔口处轴力峰值为设计荷载的72%～85%，末端轴力趋近于零；胶结面破坏前剪应力呈线性衰减趋势（梯度为0.15～0.25 kN/cm），胶结面破坏后剪应力出现应力峰值（较初始值提升40%～60%）并随荷载增加而扩展；锚固长度与抗拔承载力呈非线性相关关系，当锚固长度≤40 cm时，承载力提升率为18～22 kN/cm；超过临界长度后，承载力提升率降至3～5 kN/cm；数值模拟结果与试验数据拟合结果的误差在8%以内。【结论】基于应力集中效应提出的锚固参数优化准则可为岩土支护工程的锚固设计提供理论依据与优化方向。

关键词

拉拔试验 / 锚固段 / 轴力 / 剪应力 / 数值模拟