红层锚杆抗拔力学性质模型试验研究.doc

红层锚杆抗拔力学性质模型试验研究 近十几年来，我国高速公路、铁路等基础设施建设取得了辉煌的成就，在工程建设中时常遇到红层.红层中含有大量的沉积类岩石，由于这些岩石强度不高，大多低于30 MPa，所以称之为红层软岩＼[1＼].红层软岩大多具有遇水崩解的不良工程特性.Cassell＼[2＼]对软岩切方在27～70年后发生滑坡的现象进行了研究，发现软岩滑坡的滑动面处岩土材料的抗剪强度下降为原来的1/5～1/26.Engin＼[3＼]通过大量试验建立了肯塔基软岩岩石耐崩解指标与单轴抗压强度之间的关系.赵明华等＼[1，4，5＼]根据浸水崩解特性将红层软岩分为3类，并对Ⅰ类、Ⅱ类红层软岩进行处理，成功地将其用作路基填筑材料.苏永华＼[6＼]等利用稳定分数维作为软岩路基、堤坝修筑施工工艺控制性指标，指导某高速公路路堤工程的施工，获得了质量优良的路基.刘晓明＼[7-8＼]等对红层软岩崩解的主要影响因素以及Ⅰ类红砂岩崩解抑制措施进行了相关研究，发现水理特性不稳定的矿物含量是影响软岩崩解的主要因素，而Ca（OH）2对Ⅰ类红砂岩的崩解性抑制作用最强.　　红层软岩的崩解会对其工程性质产生不良影响，若不采取防范措施，将给工程带来严重危害.在工程建设中，由于切方形成的红层边坡大多采用系统锚杆对其进行加固＼[9＼]，因而，对红层软岩的崩解特性与锚杆力学性质之间的影响规律进行研究显得尤为重要.本文对几组红层软岩试样设计了模型锚杆并进行了抗拔试验，再对该红层软岩进行了耐崩解试验，利用耐崩解试验得到的耐崩解指数反映其崩解特性，从而得到其崩解特性与锚杆抗拔力学性质之间的关系，以期供工程参考. 　1 试验方案　　本次试验的目的是得到红层软岩崩解特性对红层锚杆力学性质的影响规律，即耐崩解性指数与荷载　　--------------------------------------------------------------------------------　　位移曲线之间的关系，参照已有模型试验，采用实际材料的缩尺模型.将红层软岩编号为1#， 2#， 3#.首先在岩块上钻孔，制作锚杆，养护足够时间后，根据现行《岩土锚杆（索）技术规程》＼[10＼]进行抗拔试验，得到锚杆荷载　　--------------------------------------------------------------------------------　　位移（PS）曲线；然后将岩块破碎，选取合适的岩样，根据《公路工程岩石试验规程》＼[11＼]进行岩石耐崩解试验，得到岩块的耐崩解指数Id2（即崩解物中大于2 mm颗粒占固体总质量的百分数）；最后将PS曲线和耐崩解指数Id2联合起来进行分析，得出两者之间的规律.　　本试验所采用红层软岩来自湖南某高速公路修建现场，其天然单轴抗压强度在10～30 MPa之间不等.本试验胶结材料采用水泥砂浆，其中水泥为山水牌P·O42.5R级水泥，砂为粒径≤2 mm的河砂，砂浆配合比按规程推荐的灰砂比1∶0.5～1∶1.为了得到较好的流动性，本次试验取配合比水∶灰∶砂为0.4∶0.8∶1.一般锚杆的破坏形式有3种：①杆体破坏，②杆体与胶结体之间破坏，③胶结体与岩土之间胶结面破坏.本试验希望得到红层软岩崩解特性对锚杆力学性质的影响规律，故参考规程中推荐的取值范围，对红层软岩与水泥砂浆的粘结强度取值为0.8 MPa，试验锚孔直径为32 mm，孔深为30 cm，胶结抗拔力为24.1 kN.且试验设计锚杆杆体的极限抗拔能力必须大于砂浆与软岩的胶结抗拔力.故采用HRb400精轧螺纹钢模拟锚杆杆体，直径为10 mm，极限承载力为31.4 kN.在标准条件下养护28 d.为使试验结果具有可比性，将锚杆极限抗拔能力均定为20 kN，参照《岩土锚杆（索）技术规程》，最大拉力荷载为极限抗拔力的80%，即16 kN .　　抗拔试验采用穿心式千斤顶，试验张拉装置简图与仪器架设如图1所示.锚杆极限抗拔试验采用分级循环加载，加载等级和位移观测时间均遵循现行《岩土锚杆（索）技术规程》中的规定.加荷速率及注意事项：①第五循环前加荷速率为100 kN/min，第六循环的加荷速率为50 kN/min.②在每级加荷等级观测时间内，测读位移不少于3次.③在每级加荷等级观测时间内，锚头位移增量小于0.1 mm时，方可施加下一级荷载，否则延长观测时间，直至锚头位移增量在2 h内小于2 mm，方可施加下一级荷载.　　湖南大学学报（自然科学版） 2013年　　第8期 赵明华等：红层锚杆抗拔力学性质模型试验研究　　图1 装置简图与仪器架设　　Fig.1 Diagram of device and erection of instruments　　锚杆抗拔试验完成后，将软岩破碎，根据