（水工结构工程专业论文）纤维聚合物锚杆的锚固机理及数值分析.pdf

郑州人学硕j 擘位论立 摘要 钢锚杆加固技术是岩土工程加固的一种重要手段，它能比较充分地调动和提 高岩土体自身的强度和稳定，缩小结构物尺寸和减轻其自重，显著节约工程材料。 随着锚固技术的发展和应用领域的拓宽，钢锚杆几乎应用于土木建筑领域的各个 方面，如在边坡、基坑、矿井、隧道、地下工程、坝体、机场、港口、挡土墙、 桥台锚固等工程建设与改造中都已得到广泛应用。 工程应用表明，钢锚杆在锚固工程中的应用也存在一些突出的问题，如钢锚 的腐蚀和防腐处理、自重偏大、运输和安装困难等。这些不足在一定程度上制约 了钢锚杆的应用，尤其是钢锚杆的腐蚀不仅影响结构的耐久性，严重时还会出现 重大工程事故。纤维增强塑料( 简称f r p ) 筋是以纤维为增强材料，以合成树脂 为基体材料，掺入适量的辅助剂，经挤拉成型技术和必要的表面处理所形成的一 种新型复合材料。它具有比强度高、耐腐蚀性能好、可设计性强、抗疲劳性能优 良、耐电磁等独特优点。因此，用纤维增聚合物锚杆代替钢锚杆为锚固技术在岩 土工程中的应用开辟了广阔的前景。 但是，目前对于纤维增强塑料锚杆的研究和应用相对较少。在我国，理论研 究处于起步阶段，生产应用及设计理论方面几乎是空白。概括国内外的研究现状 主要存在以下几方面的问题：( 1 ) 纤维增强塑料筋锚具受力性能研究较少；( 2 ) 纤维 增强塑料锚杆与水泥浆、水泥砂浆的粘结性能研究不够；( 3 ) 考虑纤维增强塑料拉 杆、粘结材料( 如浆体) 性能、岩体之间三者相互作用的受力模式还没有具体的 粘结理论方程；( 4 ) 纤维增强塑料锚杆承载力计算方法以及数值模拟计算还没有引 起应有的重视。 为了推动纤维增强塑料锚杆在锚固工程中的广泛应用，本文在国家自然科学 基金( 项目名称：纤维增强塑料锚杆锚固机理研究，编号：5 0 0 7 9 0 2 8 ) 和河南杰出青 年基金的资助下，进行理论分析和数值模拟。在考虑了锚杆、混凝土锚固体以及 周围岩土体三者的相互作用下，选取合理的受力模式，推导出粘结一滑移理论微 分方程；在f r p 锚杆锚固在混凝土块体和野外岩土体的具体试验数据的基础上， 对纤维增强塑料锚杆的受力性能进行了较为深入的分析研究；依托这些试验参数 和数据，编制计算机程序进行数值模拟，为锚杆在实际中的应用提供了理论依据 和分析计算方法。主要研究成果如下： ( 1 ) 详细论述了纤维增强塑料筋与混凝土粘结试验方法、粘结机理以及影响因 素。根据纤维增强塑料筋和混凝土锚固体粘结应力和滑移之间的关系，并在总结 国内外已有的纤维增强塑料筋与混凝土之间的粘结滑移本构模式的基础上，选 取了合适的f r p 锚固粘结一滑移模式。 郑州大学硕士学位论文 ( 2 ) 把纤维增强塑料锚杆与锚固体之间的粘结层简化为粘结界面，把锚固体和 岩土体之间的粘结层也简化为界面，在考虑三者的共同作用下建立了粘结滑移理 论方程。 ( 3 ) 以建立的粘结滑移力学模式为基础，采用纤维增强塑料锚杆与锚固体的非 线性的粘结一滑移本构关系以及混凝土锚固体和岩土体之间的折线粘结一滑移本 构关系，利用数值迭代方法和递推计算进行数值分析，对纤维增强塑料锚杆与锚 固体锚固性能进行了全过程分析。 ( 4 ) 运用编制的数值模拟计算程序，计算并分析了室内和野外锚固拉拔试验。 将计算结果和与实验结果以及理论公式计算结果进行分柝和对比，得到了纤维增 强塑料锚杆与混凝土的粘结力与滑移以及锚固长度和滑移之间的关系，以及应变 沿锚固长度的分布。 ( 5 ) 探讨了纤维增强塑料粘结型锚杆锚固力的计算方法，建议了纤维增强塑料 锚杆与水泥浆体之间粘结强度值，提出了适合于纤维增强塑料粘结型锚杆特点的 计算方法。 关键词：纤维增强塑料筋；纤维增强塑料锚杆：锚杆；锚具；粘结；滑移；锚固 体；锚固长度；全过程分析；简化计算；设计 i l 郑州大学硕士学位论文 a b s tr a c t s t e e la n c h o r sa r eb e i n gu s e di naw i d er a n g eo fg r o u n do rr o c kc o n d i t i o n s t h e y c a ni m p r o v et h es t r e n g t ha n dr e l i a b i l i t yo fg r o u n d ，r e d u c et h ed i m e n s i o no f s t r u c t u r e sa n dl i g h t e nt h e i rw e i g h t s ot h e yc a ns a v et h em a t e r i a l si ne n g i n e e r i n g w i t hi n c r e a s e de x p e r i e n c ea n d i m p r o v e da n c h o r i n gt e c h n i q u e s ，s t e e la n c h o r s h a v e b e c o m eac o m m o np r a c t i c ei na l m o s te v e r ya s p e c to fc i v i le l l l g i n e e r i n gs u c ha s s l o p e s ，f o u n d a t i o n s ，m i n e s ，t u n n e l s ，u n d e r g r o u n de x c a v a t i o n s ，c o n c r e t ed a m s ， a i r p o r t s ，a e r o d r o m e ，p o r t s ，r e t a i n i n gw a l l ，b r i d g ea b u t m e n t s ，r e h a b i l i t a t i o n o f e x i s t i n gc o n c r e t es t r u c t u r e s ，a n d s oo n w i t ht h ee u g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s ，i th a sb e e ns h o w nt h a tt h e r ee x i s ts o m e p r o b l e m si n s t e e la n c h o r ss u c ha sc o r r o s i o no fs t e e l t e n d o n ，r e q u i r e m e n t sf o r c o r r o s i o np r o t e c t i o n ，h e a v yw e i g h t ，d i f f i c u l t yi n t r a n s p o r t a t i o na n di n s t a l l a t i o n t h e s ed i s a d v a n t a g e so fs t e e lr e s t r i c tt h e i ra p p l i c a t i o n st oac e r t a i ne x t e n t a b o v e a l l ，t h ec o r r o s i o no f s t e e la n c h o r sn o to n l ya f f e c t st h ed u r a b i l i t yo fs t e e la n c h o r s ， b u tm a yr e s u l ti ns e r i o u sa c c i d e n t s f i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i cf i r e ) r e b a ri san e w c o m p o s i t em a t e r i a l i ti sc o m p o s e do ff i b e r 矗i a m e n t sa n dar e s i nm a t r i x t h ef i b e r o fh i g ht e n s i l es t r e m i g t ha n dh i g hm o d u l u so fe l a s t i c i t yi su s e da sr e i n f o r c i n g m a t e r i a l t h es y n t h e t i cr e s i ni su s e da sm a t r i xm a t e r i a la n di sm i x e dw i t h a d e q u a t ea u x i l i a r i e s t h ef i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i cr e b a ri sm a n u f a c t u r e du s i n ga p u l - t r u s i o nm e t h o d a n d n e c e s s a r ys u r f a c ep r o c e s s i to f f e r ss i g n i f i c a n ta d v a n t a g e s o v e rc o n v e n t i o n a lr e i n f o r c i n gs t e e lb a r s ，n a m e l y , h i g ht e n s i l es t r e n g t ht ow e i g h r a t i o ，e x c e l l e n tc h e m i c a lr e s i s t a n c e ，l i a b l et od e s i g n ，h i g hf a t i g n es t r e n g t ha n d e l e c t r o - m a g n e t i cn e u t r a l i t y s ot h ef i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i cb a ra n c h o r sc a nm a k e t h e a n c h o r i n gt e c h n i q u e s h a v eam o r ew i d e r a n g e o fr o c k e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s h o w e v e r , f e wi n v e s t i g a t i o n sa n df i l e da p p l i c a t i o n sa r ea v a i l a b l er e c e n t l y i n o u re o u n t r y ，t h e o r ya n a l y s i sh a sj u s tb e g u n n oi n f o r m a t i o ni sa v a i l a b l ef o rt h e f i e l da p p l i c a t i o n s ，a n dt h ed e s i g nt h e o r i e sh a v e a l r e a d y b e e nf o r m e d a c c o r d i n gt o t h ea v a i l a b l e i n v e s t i g a t i o n s a th o m ea n da b r o a d ，m a i n p r o b l e m ss h o u l db e a t t a c h e di m p o r t a n c et o n a m e 耽t h es t u d yo ft h ep r o p e r t i e so ff r pr e b a ra n d c o n c r e t e c e m e n tg r o u ti ss c a r c e l yi n v e s t i g a t e d ；t h ed e f i n i t eb o n d - s l i pt h e o r e t i c a l d i f f e r e n t i a lf u n c t i o n sh a v en o tb e e na v a i l a b l e ，w h i c ht a k e si n t oa c c o u n tt h ee f f e c t a m o n g f r pr e b a r m e m b e r s ；t h ec a l c u l a t i n gm e t h o da n dt h en u m e r i c a la n a l y s i so f a p p l i e dt e n s i l el o a da b o u tf r p a n c h o rh a v en o tt a k e ns e r i o u s l y , i na c c o r d i n gt o 1 1 1 郑州大学硕上学位论文 t h et h r e ef a c t o r sr e m i n d e di nt h ef r o n t ；a n dt h ep r o p e r t i e so fb o n dm a t e r i a l s ( s u c h a sc e m e n t g r o u t ) a n dr o e k h a sn o t y e tb e e n a t t a c h e d i m p o r t a n c e t o i no r d e rt om a k et h ef r pr e b a ra n c h o r sw i d e i ya p p l i e di n a n c h o r i n g e n g i n e e r i n g ，w i t h t h eh e l po ft h ep h y s i c a ls c i e n c ef u n do fo u r c o u n t r y ( t h e t i t l eo f t h ei t e m ：r e s e a r c hi n t ot h ea n c h o r i n gm e c h a n i s mo ff r p a n c h o r s ，n o 0 0 7 9 0 2 8 ) a n dt h ep r o m i n e n ty o u t hf u n do fh e n a n p r o v i n c e ，p r o c e e d i n g t h et h e o r y a n a l y s i s a n dn u m e r i c a ls i m u l a t o r i nt h ec a s eo ft h et h r e em u t u a le f f e c t so ft h ea n c h o r t h e c o n c r e t ea n c h o r a g ea n dt h er e e k , s e l e c t i n gt h er e a s o n a b l el o a d i n gm o d e l ，t h e b o n d - s l i p d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n i sd e r i v e d b a s e do nt h ea b o u tt h e p r a c t i c a l a n c h o r i n ge x p e r i m e n t s i nt h ec o n c r e t eb l o c k ( i nt h el a b o r a t o r y ) a n di nt h er o c k ( i n t h ef i e l d ) ，t h es t u d yo ft h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff r pt e n d o na n c h o r si sm a d e a c c o r d i n gt h e s ee x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r sa n d t h ed a t a , t h es i m u l a t o r sa r em a d e u pa n dd i s p l a y e di n t h ec o m p u t e r t h e s er e s e a r c h e sp r o v i d et h eb a s i sa n dt h e m e t h o d sf o rt h ea p p l i c a t i o no ff r pa n c h o r s t h em a i na c h i e v e m e n t so ft h i s d i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 t h et e s t i n gm e t h o do ft h eb e h a v i o ra b o u tt h eb o n do ff r pr e b a rt o c o n e r e t e t h eb o n dm e c h a n i s m sa n di n f l u e n t i a lf a c t o r sa r ed i s c u s s e d a c c o r d i n gt o t h em e c h a n i s mo ff o r c et r a n s f e r e n c eb e t w e e nf r pr e b a ra n dc o n c r e t e , t h i s d i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h er e l a t i o n s h i pa m o n gb o n ds t r e s s t h es t r e s so ff r pb a r a n de m b e d m e n tl e n g t h b a s e do nt h es u m m a r yo ft h ee x i s t e n c eb o n d - s l i pr e l a t i o n m o d e l sh o m ea n da b r o a d ，t h ec o n t i n u o u ss m o o t hc u r v em o d e li ss e l e c t e d t h e b a s i s e q u a t i o n s f o rt h eb o n dc a l c u l a t i o no ff r pr e i n f o r c e dc o n c r e t ea r e e s t a b l i s h e d 2 b o t ht h eb o n dl a y e rb e t w e e nt h et e n d o na n dt h ef i x e da n c h o rl e n g t hi s s i m p l i f i e d i n t ot h eb o n di n t e r f a c ea n dt h eb o n dl a y e rb e t w e e nt h ec o n c r e t e a n c h o r a g ea n dt h er o c ka r es i m p f i f i e di n t ot h eb o n d i n t e r f a c el a y e r s i na d d i t i o n ， o nt h eb a s i so ft h ec o n s t i t u t i v em o d e l sf o rt h el o a d i n gb e t w e e nt h et e n d o na n dt h e e o n c r e t ea n c h o r a g ea n dt h er e e k , t h en e w b o n d - s l i pe q u a t i o n s a r ee s t a b l i s h e d 3 a c c o r d i n g t ot h eb a s i ce q u a t i o n sf o rb o n da n da n c h o r i n ga n dt h el o a d i n g m o d e l s t h en o n l i n e a rb o n d - s f i pe u r v em o d e ia n dt h ed i v i d e dl i n em o d e lb e t w e e n a n c h o r a g ea n dt h e r o c ka r e a d o p t e d ，t h ew h o l e - p r o c e s sn u m e r i c a la n a b t i c a l m e t h o di su s e dt o s t u d yt h eb e h a v i o ro fb o n db e t w e e nt h et e n d o na n dt h e a n c h o r a g ea n d t h er e c k 4 i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h er e s u l t so ft h es i m u l a t o ra n dt h et e s t i n gr e s u l t sa n d t h ec a l c u l a t i n gr e s u l tb yt h et h e o r e t i c a lf o r m u l aa r ea n a l y z e da n d c o m p a r e d w i t h 郑州大学硕i ：学位论文 e a c ho t h e r t h e n ，t h eg r a p h i co ft h ef o r c e - s l i pc u r v e ，t h ea n c h o r a g el e n g t h s l i p c u r v ea n dt h es t r a i na l o n gt h ea n c h o r a g el e u g t ha r e g a i n e d 5 a c a l c u l a t i n g m e t h o do f a n c h o r i n g f o r c eo ff r pr e b a rb o n d t y p ea n c h o r s i s d i s c u s s e d t h es t r e n i g t hb e t w e e nf r pt e n d o na n dc e m e n tg r o u ti s p r o p o s e d t h e a p p r o p r i a t e dd e s i g ng u i d e l i n e so ff r p b o n d t y p ea n c h o r sa r es u g g e s t e d k e y w o r d s ：f i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i c ( f r p ) b a r ；c o n c r e t e ；a n c h o r a g e ；b o n d ；s f i p ； t h ef i x e da n c h o rl e n g t h ；e m b e d m e n tl e n g t h ；w h o l e - p r o c e s sn u m e r i c a la n a l y s i s ； s i m p l i f y i n g ；d e s i g n v 郑州大学侦i 学位论文 第一章锚杆及其在工程中的应用 摘要：本章简述了锚杆的基本组成、结构、杆体直径分类、锚圆作用和锚固方式， 并且简单介绍了锚杆在土木工程中各领域的应用，国内外锚杆强度的现状以及我国 存在的差距；还对纤维聚合物( f r p ) 锚杆的类型、应用以及其优良性能作了介绍， 阐明了工程中f r p 锚杆取代钢锚杆的可能性和必要性。根据对f r p 锚杆的初步认识 和了解，讨论了纤维聚合物锚杆理论研究与实际应用方面的不足和存在的问题，确 定了本文研究的方向和主要内容。 关键词：锚杆锚固锚杆支护高强度锚杆超高强度锚杆纤维聚合物纤维 塑料增强( f r p ) 筋f r p 锚杆 1 1 锚秆及其在土木工程中的应用 工程中，常将一种受拉杆件埋入岩土体中，来调动和提高岩土体的自身强度和 自稳定能力，这种受拉杆叫锚杆，它所起的作用就是锚固。锚固工程中使用的锚杆， 其一端与岩土中的建筑物相连，另一端锚固在岩土中，以承受岩土压力、水压力、 构筑物的自重以及其上面的荷载所产生的拉力，防止岩土及其支撑构筑物的稳定。 锚杆是受拉杆件和锚固体以及固定该受拉杆件的锚固系统的总称，它有三部分组成： 锚固体( 也称内锚头) 、拉杆、锚头( 或外锚头) 如下图1 1 所示。锚头是被加固构 筑物与拉杆的连接部分，其功能是将来自构筑物的力有效地传给拉杆，一般有台座、 承压板和紧固器等部件组成。拉杆的作用是将来自锚头的拉力传递给锚固体，通常 采用抗拉强度高的材料。锚固体在锚杆的尾部，与岩土体相连，其功用是将来自拉 杆的力通过界面粘结力传递给稳固的岩土层。 卜 一 t 一上一。一 ll 工f一 ，b ， 1 一紧固器2 一承亚板3 一台座4 - 套管5 一拉杆6 - 锚固体 图1 1 锚杆的结构示意图 郑州大学硕- 二学位论文 锚杆加固技术是岩土工程加固的一种重要手段，它能比较充分地调动和提高岩 土体自身的强度和稳定性，缩小结构物尺寸和减轻其自重，显著节约工程材料。国 内外工程中所使用的各类锚杆已达6 0 0 余种，每年使用的锚孝干数量达2 5 亿根，锚杆 的应用几乎遍及土建领域的各个方面。目前，国内外广泛采用锚杆加固临时和永久 性建筑结构，而且其应用同渐扩大，如边坡稳固工程：深基础和地下结构工程支护； 地下工程( 如水电站地下厂房的锚梁) 、结构抗倾覆中的应用；加压装置中的应用； 井巷和隧道工程的支护：道桥基础加固；现存结构物的补强加固等。另外在其它方 面，如加固已有大坝的坝基和坝肩；支护大跨度地下洞室的顶拱和边墙；在排洪隧 道、机场等工程建设与改造中等都得到了广泛的应用。近年来，锚杆、锚索、喷射 混凝土联合支护技术在很多方面都也到了广泛的应用。 工程中常见的锚杆类型可以分为很多种类。按锚固机理分为：粘结式锚杆、磨 擦式锚杆、端头锚固式锚杆和混合式锚杆；按锚固体传力方式分为：压力式锚杆、 拉力式锚杆和剪力式锚杆；按锚固长度分为：集中( 端头) 锚固类锚杆、全长锚固 类锚杆：按锚杆的组成材料分为：钢锚杆、纤维增强塑料锚杆等。其中钢锚杆在目 前的工程中，当预应力较小( 5 0 0 0 k n ) 、长度不大( 2 0 m ) 时，拉杆通常采用i i 级或 i i i 级钢筋。在大预应力( 兰5 0 0 0 k n ) 、常锚杆( 三2 0 m ) 时，或地层徐变较大时，即采 用钢绞线作为拉杆。 锚杆材质强度大概分为三类： 1 02 7 2 90 2 1 71 5 1 8 表1 2 玻璃纤维增强树腊筋的特性 范围值 特性纵向横向 抗拉强度( n r a m 2 ) 1 4 0 7 0 03 0 7 0 拉伸应变( ) 22 抗压强度( n r a m 2 ) 1 5 0 一4 0 07 0 1 0 0 冲击强度( k j m 2 ) 8 0 1 2 56 0 1 0 0 温度膨胀系数( ) 1 2 1 0 61 8 1 0 6 比重( g e r a 3 ) 1 5 2 1 玻璃重量含量( ) 4 0 一舳 纤维增强塑料筋作为锚杆的拉杆，其高轴向抗拉强度可以得到充分发挥；纤维 增强塑料锚杆高抗腐蚀能力使纤维塑料增强锚杆更耐久，也不需要防腐处理，制造 也比较简单。纤维增强塑料锚杆自重轻，使得运输、加工、安装都交得更容易、更 高效。目前，芳纶纤维增强塑料筋( a f r p ) ，和碳纤维增强塑料筋( c f r p ) ，以及 玻璃纤维塑料增强筋已作为拉杆应用于土层锚杆。在国外很多实际工程中，如日本 的高速公路工程中的挡土墙，以及加固人行桥台工程中，都应用了有机聚合物锚杆。 纤维塑料增强筋的形式有：纤维增强塑料筋棒材、纤维增强塑料筋索、纤维增强塑 料筋矩形板条、纤维增强塑料筋隔栅、纤维增强塑料筋绞线等。 目前，a f r p 土层锚杆和c f r p 土层锚杆在工程中也成功得到应用。1 9 9 3 年， c f c c 土层锚杆首先用于h i r u t a 的高速公路中，由6 根 1 2 5 m m 的7 股c f c c 绳组 成，其设计值为4 9 0 k n ；锚杆的长度为2 0 5 m m 2 4 ，5 m m ，锚固长度为7 5 m 。1 9 9 4 年，3 6 根t e c h n o r af r p 土层锚杆和g f r p 压力板来加固m e i s h i n 高速公路的挡土墙， 4 郑州大学硕1 学位论文 锚杆由9 根q b 7 4 m m 的螺纹压痕筋组成，设计值为4 0 0 k n 锚杆被固定在板岩层， 锚杆的总长为1 9 3 0 m ，锚固长度为6 5 m 。1 9 9 5 年，在k a w a b e 高速公路改线工程 中，共安装了6 5 根t e c h n o r af r p 土层锚杆，锚杆锚固在松软岩土中，锚杆全长为 7 8 1 l m ，锚固长度为3 0 m 。 在实际应用和研究中a f r p 和c f r p 土层锚杆的名义直径大都在7 5 m m 1 0 r a m 之间。这其中也包括直径为6 ，5 m m 、7 9 m m 、8 m m 、以及1 2 m m 、1 2 ，5 m m 等的f r p 筋材。而玻璃纤维( g f r p ) 锚杆的直径相应要大一些，有的名义直径用到2 0 m m 或者 2 5 m m 。 1 3 所存在问题 目前对于纤维增强塑料锚杆的研究和应用相对较少，概括国内外研究现状，主 要存在以下几个问题： ( 1 ) 纤维增强塑料锚杆锚具受力性能研究较少，所采用的计算模式和分析模型较为简 化。实际上岩土工程中的锚杆除了传递压力外，还受横向压力、面内剪力。与钢锚 杆相比，这种多轴应力状态对纤维增强塑料锚杆更加重要。传统的钢筋锚固系统对 纤维增强塑料锚杆系统来说，并不能确保荷载的有效传递，且有可能因为纤维增强 塑料拉杆的横向剪切性能差而在锚固系统区域过早地失效。因此，必须开发出适用 于纤维增强塑料锚杆特点的锚固系统，包括纤维增强塑料锚杆的锚头锚具和粘结剂。 ( 2 ) 纤维增强塑料锚杆与水泥浆、水泥砂浆的粘结性能研究不够。纤维增强塑料锚杆 的锚固力与锚固体的水泥浆或水泥砂浆与岩土界面的粘结力、摩擦角、挤压力等因 素有关，还与纤维增强塑料拉杆与水泥浆或水泥浆的界面粘结性能有关。水泥浆或 水泥浆与地层岩体界面的粘结性能可以利用钢锚杆的有关试验结果，但纤维增强塑 料拉杆与水泥浆或水泥砂浆的界面粘结性能必须要进行研究。 ( 3 ) 锚固机理的研究，包括锚固作用对岩体物理力学性质的影响和锚杆与岩体之间的 相互作用等研究不够。 ( 4 ) 考虑纤维增强塑料拉杆、粘结材料( 如浆体) 性能、岩体等之间的相互作用的纤 维增强塑料锚杼承载力计算方法还没有引起应用的重视。计算往往只考虑到拉杆和 锚固体之间的粘结。 ( 5 ) 锚杆作用的各种因素，如材料的徐变，施工爆破的影响；还有群锚效应，以及锚 固工程的优化设计等都需要进一步研究。 1 4 本课题研究的主要方向和内容 由于锚杆在岩土介质中受力的复杂性，以及锚固型式的多样性，使得锚杆锚固 力机理和计算理论不尽相同。在很多工程实际中由于锚固体( 混凝土) 和周围岩体 郑州大学硕：学位论文 之间可能存在很大的力( 如船闸室的水压力对岩体的作用) 会直接转化为锚杆和混 凝土之间的作用力，在这种作用下，混凝土中锚杆的工作性状是非常关键的问题。 所以其力学数值计算，成为亟待解决的问题。 以前的理论和计算模型中要么只考虑整个锚固体和岩体之间的作用，要么只考 虑锚杆和混凝土锚固体之间的粘结力，使得受力模型和受力形式过于简化，计算值 过于粗糙，和实际应用中有很大出入。 本文在研究锚杆锚固在岩体中时，试图考虑到锚杆、锚固体和周围岩体之间的 相互作用对f r p 锚杆和混凝土之间的粘结力的影响，进而来建立锚杆和锚固体之间 的锚固受力模式和计算理论公式，并结合f r p 锚杆锚固在岩体中的两个界面层粘结 一滑移本构模式进行数值模拟分析计算。把得出的数值模拟计算结果和试验结果以 及理论公式计算结果进行比较分析，得出有用的结论，并发现模拟结果和试验数据 符合较好，为更好地进行f r p 锚杆的研究和应用提供依据。 本文从玻璃纤维( f r p ) 增强塑料筋在混凝土圆柱中的拉拔试验和梁的粘结试验 得出其理论假定的粘结力沿锚固长度分布假定曲线模型。在此基础上，结合国内外 现有的粘结滑一移本构模式，采用物理概念明确、光滑的连续的粘结一滑移本构关 系曲线来进行数值模拟，反映f r p 锚杆在岩体中的粘结机理。 本文还介绍了f i 冲锚杆锚固在野外岩石体中和实验室内混凝土块中分别进行的 拉拔试验，并对实验结果加以分析，为h 冲锚杆在实际工程中的应用提供了理论和 实践依据；并依据试验得出的参数，来进行锚固机理的数值模拟。 此外，还对锚杆试验结果可能出现的偏差进行理论上的分析，试图通过设立一 些参数来修正结果，以使得试验结果和实际情况更为接近，更为真实地反映锚杆的 锚固机理和锚固性能。 参考文献 【1 】谢晶晶纤维增强塑料筋锚杆锚固机理【d 】郑州：郑州大学工学院硕士学位论 文，2 0 0 2 年5 月 【2 】王焕文王继良等锚喷支护【m 】煤矿工业出版社，1 9 8 9 年1 月， 【3 】朱浮生郑雨天全长粘结式锚杆加固作用分析 j 岩石力学与工程学报1 9 9 6 年1 2 月，1 5 ( 4 ) ，3 3 3 - - 3 3 7 4 侯朝迥郭宏亮我国煤巷锚杆支护技术的发展方向【j 】，煤炭学报1 9 9 6 ，n o 2 1 1 4 1 1 8 。 5 】范世平丁全录玻璃钢锚杆的应用研究 j 】煤炭科学技术9 9 6 年9 月，2 4 ( 9 ) ，4 5 6 】侯朝迥江利等高强度锚杆 j 矿山压力与顶板管理1 9 9 7 年，n 0 3 4 1 7 6 1 7 9 6 塑型茎兰堡! 苎兰竺堡苎 7 】程良奎我国沿途锚固技术的现状与发展【a 】见：中国岩土锚固工程协会岩土 工程中的锚固技术 c 】北京：地震出版社，1 9 9 2 ，1 5 8 s u a r tl i t t l ej o h n “r o c k a n c h o r a g e s ”【j 】n e w sj o t u n a l ，i s r m ，1 9 9 5 ，2 ( 3 8 4 ) ，2 3 - - 3 0 【9 】p e t e rs e t p h a n ，“e x t e n d i n gt h es c o p e o fa p p l i c a t i o no fr o c k b o l t i n g ，a n d n e w d e v e l o p m e n t s ”，g l u c k a u f t r a n s l a t i o n 【m 】，1 2 3 ( 1 9 8 7 ) n o 9 【1 0 b r a h i mb e n m o k r a n e ，p h d ，r e n g a n dm i c h a e l h x u ，p h ，d ，“d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n s o fa r a m i da n d c a r b o nf i b e r - r e i n f o r c