夯土介質(zhì)中基于PS漿液的楠竹錨桿錨固特性*

張景科 王 南 樊 孟 諶文武 李最雄 張 帥

ZHANG Jingke① WANG Nan① FAN Meng① CHEN Wenwu① LI Zuixiong② ZHANG Shuai①

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夯土介質(zhì)中基于PS漿液的楠竹錨桿錨固特性*

張景科①王 南①樊 孟①諶文武①李最雄②張 帥①

基于PS溶液的楠竹錨桿錨固系統(tǒng)在夯筑土遺址加固中得到了成功的應(yīng)用，然而其錨固機理研究還未開展。運用室內(nèi)物理模型試驗，針對該錨固系統(tǒng)開展了拉拔測試與桿體-漿體界面應(yīng)變監(jiān)測，研究了該錨固系統(tǒng)的錨固性能與破壞模式、桿體-漿體界面剪應(yīng)變分布與傳遞特征。試驗結(jié)果表明基于PS-F漿液錨固系統(tǒng)和基于PS-(C+F)漿液錨固系統(tǒng)均為桿體-漿體界面失效模式，極限錨固力分別為10～15kN和8～16kN； 錨固系統(tǒng)均具有較強的延性； 在荷載進程中桿體-漿體界面的應(yīng)變分布具有單峰值及雙峰值特點，荷載增加時界面應(yīng)力向錨固末端傳遞、壓應(yīng)力出現(xiàn)在錨固段末端及峰值局部出現(xiàn)在末端等特征。研究結(jié)論表明，錨固系統(tǒng)的力學(xué)性能適用于夯筑土遺址加固，但在桿材耐久性和完整性保證方面還需要進一步探究。

夯筑土遺址 楠竹錨桿 PS漿液 極限錨固力 界面應(yīng)力分布

ZHANG Jingke①WANG Nan①FAN Meng①CHEN Wenwu①LI Zuixiong②ZHANG Shuai①

0 引 言

夯筑土遺址是我國土遺址的重要建造類型之一，是自新石器時期以來不同時期遺存下來的文化遺產(chǎn)，具有重大歷史、科學(xué)、藝術(shù)與社會價值(李最雄等， 1995)。在我國西北干旱半干旱地區(qū)中，夯筑土遺址在數(shù)量、規(guī)模和保存現(xiàn)狀上優(yōu)于其他土遺址類型，如史前考古遺址、不同時期的長城及其構(gòu)筑物、佛寺遺址、墓葬遺址及故城遺址等。基于文物古跡“不改變原狀、最低限度干預(yù)、使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo技術(shù)”的保護原則，在夯筑土遺址保護加固中，全長黏結(jié)型錨桿錨固技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用(王旭東， 2010)。通過錨固系統(tǒng)，將外傾體與遺址母體緊緊地連鎖在一起，依靠錨固系統(tǒng)的抗剪強度傳遞外傾體的拉力，達到改善遺址體應(yīng)力狀態(tài)與限制變形的目的。而抗剪強度通常取決于錨桿與漿體界面及漿體與土體界面。

楠竹是我國南方地區(qū)常見的天然建筑材料，也是歷史上古建筑和簡牘的重要原材料(Tripura et al.，2014)?；诔鐾梁啝┧从吵鲩竦哪途眯?，加之輕質(zhì)、抗拉性能強、取材易、造價低等特點，夯筑土遺址保護加固中引入了楠竹作為錨固桿體和夯筑加筋體。在實際應(yīng)用中，一種方式是直接利用天然產(chǎn)的楠竹作為桿體，另外一種方式是對楠竹進行二次加工處理，如楠竹加筋復(fù)合錨桿(包括加鋼絞線和鋼筋兩種類型)(任非凡等， 2009； 張虎元等， 2011； 張景科等， 2014)、土工長絲錨桿(毛筱霏等， 2008； 呼喜鋒等， 2009)及劈裂后直接作為加筋體。對于后者的研究較為深入，在桿材特征及性能、極限錨固性能、剪滯模型及應(yīng)力傳遞與響應(yīng)特征方面取得了極大的進展，初步研究表明其錨固機理與其他巖土工程或混凝土工程中基于水泥砂漿和樹脂漿液的金屬錨桿、玻璃纖維增強塑料桿材全長黏結(jié)型錨固系統(tǒng)具有一定的差異，尤其在錨固系統(tǒng)內(nèi)部界面的力學(xué)分布與傳遞，目前在理論上還未得到突破。對于前者，除了針對生土遺址中極限錨固力研究(孫滿利等， 2011)外，基本還處于加固實踐應(yīng)用階段。而單純依賴實踐經(jīng)驗的錨固設(shè)計已無法滿足目前大規(guī)模夯筑土遺址保護加固的科學(xué)化需求，錨固機理的研究成為科學(xué)化保護加固的核心。在錨固漿液選用上，基于兼容性的考量，其他巖土工程中成熟應(yīng)用的水泥砂漿和樹脂漿液不適宜于夯筑土遺址(Bui et al.，2009)。目前，應(yīng)用于夯筑土遺址錨固用的漿液主要有基于PS的漿液(孫滿利等， 2011)、改性黃土漿液(毛筱霏等， 2008)、水硬性石灰漿液(趙林毅等， 2011)。其中，基于高模數(shù)硅酸鉀(PS)的漿液首先在土遺址裂隙灌漿中得到了成功的應(yīng)用，研究表明(楊濤等， 2005， 2009)，漿體在物理力學(xué)性質(zhì)及耐久性方面與遺址土體具有很好的兼容性，從而推廣至夯筑土遺址錨固中。目前，基于PS漿液的楠竹錨桿錨固系統(tǒng)在夯筑遺址中的錨固性能的基礎(chǔ)性研究尚未開展，成為制約評價其錨固效果的瓶頸。

為克服現(xiàn)場試驗對于遺址體帶來的損傷以及現(xiàn)場試驗條件的不確定性，本文設(shè)計室內(nèi)物理模擬拉拔試驗，系統(tǒng)研究夯筑土遺址中基于PS漿液的楠竹錨桿錨固性能，以期查明其破壞模式、極限錨固性能、界面力學(xué)特性并評估其優(yōu)劣性。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

主要有楠竹、夯土、PS溶液、粉煤灰(簡稱F)、粉土(簡稱C)、硬質(zhì)PVC管、應(yīng)變片、導(dǎo)線及相應(yīng)的粘貼與保護材料、實驗室用水等。其中，夯土取自坍塌遺址土，依據(jù)擊實試驗成果在PVC管中夯筑而成，性能與甘肅省武威市古浪縣圓墩段明長城遺址夯土對比(表1)。PS溶液是廣泛應(yīng)用于土遺址加固的高模數(shù)硅酸鉀溶液，由甘肅省文物保護修復(fù)中心所生產(chǎn)，模數(shù)為3.8，濃度為12%； 粉煤灰購自蘭州火電廠； 粉土同夯土原料； 楠竹和PVC管購買自本地市場，盡量保證所購買楠竹的桿徑相同，楠竹的基本物理性質(zhì)(表2)； 應(yīng)變片及其連接、黏結(jié)、保護材料均購買自中航電測； 試驗用水來自于實驗室供水系統(tǒng)，符合實驗室用水國家標(biāo)準(zhǔn)(GBT6682-2008)。漿液配比是根據(jù)錨固施工理想漿液流動度240mm的標(biāo)準(zhǔn)確定的。

表1 遺址夯土與室內(nèi)模型夯土物理力學(xué)參數(shù)對比

Table1 Comparison of physical and mechanical parameters of rammed earth in sites and laboratory

夯土類型土性含水率ω/%密度ρ/g·cm-3摩擦角φ/(°)粘聚力c/kN彈性模量E/MPa長城遺址粉土6.321.4937.425.715.84室內(nèi)模型粉土7.551.5238.326.516.03

表2 楠竹錨桿基本力學(xué)性質(zhì)

Table2 Mechanical properties of bamboo bolt

順紋抗拉強度/MPa抗彎強度/MPa天然飽和干燥內(nèi)彎外彎143.0170.5117.5198.0172.0

1.2 試驗裝置及設(shè)備

圖1 室內(nèi)物理模型制作流程

室內(nèi)試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計是考慮錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軸向荷載作用下的徑向應(yīng)力傳遞特點與遺址夯土性質(zhì)的相似性，參考巖土工程中錨桿室內(nèi)試驗?zāi)Ｐ突A(chǔ)上專門研發(fā)(Ahmed et al.，2008； Martín et al.，2011)(圖1)。該模型較真實的模擬了錨固系統(tǒng)受拉時界面的力學(xué)響應(yīng)特征。首先基于現(xiàn)場試驗， 明長城遺址土體的物理力學(xué)性質(zhì)及遺址建筑形制，根據(jù)擊實試驗的結(jié)果，確定室內(nèi)模型夯土介質(zhì)的夯筑工藝，在PVC管中采用預(yù)留中間錨孔(90mm)的方式進行夯筑，在室內(nèi)實驗室養(yǎng)護至干燥。隨后，將布設(shè)有應(yīng)變片的楠竹錨桿放置于預(yù)制錨孔的中心，粗端位于孔底。漿液灌注方式為重力灌漿，保證PVC管、夯土層、漿體和測試錨桿的中心線位于同一平面中，養(yǎng)護時間為50d。

試驗用拉拔儀為北京海創(chuàng)生產(chǎn)的HCYL-60型錨桿綜合參數(shù)測定儀，測量范圍0～500kN，油缸工作行程120mm； 應(yīng)變采集儀為東華測試生產(chǎn)的靜態(tài)應(yīng)變測試分析系統(tǒng)(DH3816型)，測量范圍為-20000～20000με； 電阻式應(yīng)變片型號為BQ120-60AA(電阻值120.8±0.1Ω，靈敏度2.14±1%)。試驗裝置結(jié)構(gòu) (圖2)中，模型頂面鋼板是平均分散千斤頂?shù)姆聪蜃饔昧Γ刭|(zhì)鋼環(huán)作用是通過預(yù)留孔的方式將應(yīng)變片引線引出，考慮到楠竹中空的特點，在錨具處根據(jù)中空的直徑插入同直徑圓鋼以確保桿體受力和加載方向一致，假設(shè)加載過程中鋼板的位移忽略不計，位移傳感器的支座安設(shè)于鋼板之上。

1.3 試驗方案

圖2 試驗裝置結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

PS-F(PS溶液與粉煤灰)漿液和PS-(C+F)(PS溶液、粉土與粉煤灰)漿液是目前夯筑土遺址加固中的主要漿液，本試驗選擇這兩種漿液作為錨固漿液，相應(yīng)的錨固系統(tǒng)分別命名為PS-F與PS-(C+F)，每種錨固系統(tǒng)平行4個試驗?zāi)Ｐ停瑓?shù)(表3)。首先對A1及B1錨固系統(tǒng)進行單級加載，初步掌握錨固系統(tǒng)的極限錨固力，確定循環(huán)加卸荷載等級，以此為基礎(chǔ)對其他錨固系統(tǒng)采取循環(huán)加卸荷載的方式。

表3 錨固試驗參數(shù)表

Table3 Anchor experiment parameters

漿體類型名稱錨固長度/cm孔徑/mm桿徑(頭/尾)/mm漿材水灰比PS-FA1509033/45m(PS)︰m(F)=0.47A233/46A334/45A433/45PS-(C+F)B134/46m(PS)︰m(C+F)=0.39,其中C︰F=1︰1B236/47B333/45B433/44

拉拔試驗加載制度、穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是參考《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22：2005)和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)，并基于《干燥類土遺址保護加固工程設(shè)計規(guī)范》(WW/T0038-2012)中對錨桿基本試驗的要求。

2 試驗結(jié)果

2.1 破壞模式與極限錨固性能

由圖3可知，錨固系統(tǒng)的最終破壞均以楠竹錨桿拔出的形式出現(xiàn)，距離孔口約3cm內(nèi)的漿體均破裂帶出，其中A2和B1系統(tǒng)中夯土體內(nèi)出現(xiàn)以錨孔為中心的放射狀裂隙。

圖3 錨固系統(tǒng)失效模式

PS-F和PS-(C+F)錨固系統(tǒng)極限錨固力分別處于10～15kN和8～16kN，具有一定的離散性?？紤]到桿體的形狀特征，假定楠竹桿體為理想的圓臺體，根據(jù)粗細端直徑和錨固深度，最終得到楠竹-漿體界面的極限剪應(yīng)力為1.026MPa和1.017MPa(圖4)。顯然，就桿體-漿體界面抗剪應(yīng)力而言，是近于等同的。

圖4 錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面抗剪強度

2.2 荷載-位移關(guān)系

PS-F錨固系統(tǒng)荷載-位移曲線 (圖5)表明，在單級加載和循環(huán)加卸載方式作用下，錨固系統(tǒng)均呈現(xiàn)出到達峰值錨固力后立即破壞的現(xiàn)象，隨位移的增加曲線斜率逐漸降低。試驗結(jié)果初步表明，錨固系統(tǒng)的極限錨固力在單級加載作用下高于循環(huán)加卸荷載。荷載在6kN后，錨固系統(tǒng)塑性位移急劇增加，遠超出相應(yīng)的彈性位移。

圖5 PS-F錨固系統(tǒng)荷載-位移關(guān)系曲線

圖6 PS-(C+F)錨固系統(tǒng)荷載位移關(guān)系曲線

PS-(C+F)錨固系統(tǒng)荷載-位移曲線 (圖6)表明，除B2在峰值后仍保持有穩(wěn)定殘余應(yīng)力后破壞外，其余均為達到峰值后即刻破壞。同PS-F錨固系統(tǒng)，無論單級加載還是循環(huán)加載，加載初始曲線斜率高于加載后期，而且單級加載方式下極限錨固力優(yōu)于循環(huán)加卸載的結(jié)果。荷載在6kN(B4)和8kN(B2與B3)后，錨固系統(tǒng)塑性位移急劇增加，最終穩(wěn)定塑性位移大于60mm，遠超過相應(yīng)的彈性位移，也遠大于PS-F錨固系統(tǒng)所表現(xiàn)出的塑性位移值(極值小于10mm)?？梢钥闯?，PS-(C+F)錨固系統(tǒng)表現(xiàn)出比PS-F錨固系統(tǒng)更強的延性特點。值得注意的是，在6kN荷載下，兩個錨固系統(tǒng)均發(fā)生了桿體-漿體界面的滑移，表現(xiàn)為桿體拔出現(xiàn)象。

2.3 桿體-漿體界面應(yīng)變分布及荷載傳遞特征

不同荷載下界面應(yīng)變的分布可以揭示荷載在界面的分布特征和沿軸向的傳遞特征，從而可以有效地了解外部荷載作用下錨固系統(tǒng)內(nèi)部的響應(yīng)機制。

圖7 PS-F錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面應(yīng)變分布曲線

2.3.1 PS-F錨固系統(tǒng)

由PS-F錨固系統(tǒng)界面監(jiān)測成果 (圖7)可知，A1錨固系統(tǒng)在5kN和10kN荷載作用下，界面應(yīng)變分布均呈現(xiàn)出雙峰值特征，極值點在L=0.1m和L=0.4m處； 從5kN增加至10kN時，除L=0.2m處應(yīng)變值減小外，其他點均發(fā)生增長，而且錨固末端L=0.5m處由原來近于0應(yīng)變而出現(xiàn)較大的壓應(yīng)變，體現(xiàn)出荷載向錨固末端轉(zhuǎn)移的特征。在15kN作用下，除L=0m處由于脫黏滑移外，其余各點應(yīng)變值均超出量程。

A2錨固系統(tǒng)在2kN和6kN荷載水平下界面應(yīng)變分布表現(xiàn)出單峰值特點，峰值在L=0.2m處，且均為軸向拉應(yīng)變； 當(dāng)荷載增加至8kN和10kN時，界面應(yīng)變分布出現(xiàn)雙峰值特點，峰值在L=0.2m處和L=0.4m處，此時錨固末端L=0.5m處由軸向拉應(yīng)變向軸向壓應(yīng)變發(fā)生了轉(zhuǎn)變，而且錨固段應(yīng)變值發(fā)生了不同程度的穩(wěn)定或下降趨勢。

A3錨固系統(tǒng)在各級荷載下界面應(yīng)變分布均表現(xiàn)出單峰值特征，峰值在L=0.2m處； 在2kN和6kN荷載水平下錨固末端應(yīng)變近于0，表明界面剪應(yīng)力尚未傳遞至此。隨著荷載的增加，界面剪應(yīng)力傳遞至錨固末端，在高荷載(8kN與10kN)作用下，錨固末段(L=0.4～0.5m)出現(xiàn)壓應(yīng)變現(xiàn)象。在10kN荷載水平下L=0.2m處的軸向拉應(yīng)變值低于8kN荷載水平下的相應(yīng)值，說明出現(xiàn)了脫黏現(xiàn)象。A4錨固系統(tǒng)迥異于其他3個樣本，在2～10kN荷載范圍內(nèi)，界面應(yīng)變分布表現(xiàn)出單調(diào)遞增的現(xiàn)象，而且錨固始端(L=0m)的應(yīng)變值變化量較小，且向壓應(yīng)變轉(zhuǎn)化； 在荷載12kN時，L=0m處出現(xiàn)極大的壓應(yīng)變，L=0.3m處出現(xiàn)應(yīng)變溢出，界面應(yīng)變分布表現(xiàn)出單峰值特點； 總體上具有隨著荷載的增加，各監(jiān)測點的應(yīng)變值出現(xiàn)有規(guī)律的增長，表現(xiàn)出整體受力的特征。

綜合A1～A4錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面的應(yīng)變分布特點，PS-F錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面應(yīng)變分布具有單峰值或雙峰值分布特征，峰值集中出現(xiàn)于錨固段的中部； 荷載增加，界面剪應(yīng)力向錨固末端發(fā)生傳遞； 錨固末端出現(xiàn)軸向壓應(yīng)變； 在高荷載水平下，錨固始端發(fā)生了脫黏滑移。

2.3.2 PS-(C+F)錨固系統(tǒng)

圖8 PS-(C+F)錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面應(yīng)變分布曲線

由PS-(C+F)錨固系統(tǒng)界面監(jiān)測成果 (圖8)可知，B1錨固系統(tǒng)在2kN荷載作用下應(yīng)變分布典型的指數(shù)衰減型分布特征，但在6kN和8kN荷載作用下，界面應(yīng)變分布均呈現(xiàn)出單峰值特征，極值點在L=0.1m處； 隨荷載增加，各監(jiān)測點應(yīng)變穩(wěn)步增加，體現(xiàn)出荷載向錨固末端轉(zhuǎn)移的特征。

B2錨固系統(tǒng)在2kN、6kN和8kN荷載水平下界面應(yīng)變分布表現(xiàn)出雙峰值特點，峰值在L=0.1m和L=0.4m處，且錨固末端L=0.5m處出現(xiàn)壓應(yīng)變現(xiàn)象； 當(dāng)荷載增加至10kN時，僅L=0m和L=0.3m處有可測應(yīng)變外，其余各點均超出量程。

B3錨固系統(tǒng)在各級荷載作用下，界面應(yīng)變沿桿體表現(xiàn)出單峰值分布特點，峰值出現(xiàn)在L=0.4m處； 隨荷載的增加，各監(jiān)測點應(yīng)變穩(wěn)步增加，桿體整體受力。B4錨固系統(tǒng)迥異于其他3個樣本，在2kN荷載水平下各監(jiān)測點均表現(xiàn)出壓應(yīng)變，而且沿著錨固方向單調(diào)遞增； 荷載升至6kN和8kN時，除錨固末端(L=0.4m和L=0.5m)外，其余監(jiān)測點表現(xiàn)出拉應(yīng)變，且沿著錨固方向單峰值分布，峰值出現(xiàn)在L=0.1m處； 總體上具有隨著荷載的增加，各監(jiān)測點的應(yīng)變值出現(xiàn)有規(guī)律的增長，表現(xiàn)出整體受力的特征。

綜合B1～B4錨固系統(tǒng)的應(yīng)變分布特點，PS-(C+F)錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面應(yīng)變分布具有單峰值或雙峰值分布特征，峰值集中出現(xiàn)于錨固前端或錨固后端； 隨荷載增加，界面剪應(yīng)力向錨固末端發(fā)生傳遞； 錨固末端局部出現(xiàn)軸向壓應(yīng)變； 在高荷載水平下，錨固始端發(fā)生了脫黏滑移。

3 討 論

楠竹錨桿錨固系統(tǒng)加固夯筑土遺址是典型的土-桿結(jié)構(gòu)相互作用的工程力學(xué)問題?，F(xiàn)從破壞模式、極限承載力、界面應(yīng)力分布與傳遞特征、優(yōu)劣性評價等幾個方面進行討論。

3.1 極限承載力

從兩種錨固系統(tǒng)的極限錨固力絕對值來看，夯筑土遺址楠竹錨桿錨固設(shè)計經(jīng)驗值3kN·m-1(李最雄等， 2008)是偏于保守的。由于PS-F與PS-(C+F)漿體的密度和彈性模量差別不大(楊濤等， 2005，2009)，所以極限錨固力大小受楠竹錨桿桿體的曲直、直徑漸變、竹節(jié)位置與大小等因素影響較大。

3.2 破壞模式

從試驗現(xiàn)象來看，PS-F和PS-(C+F)錨固系統(tǒng)失效均表現(xiàn)為高荷載水平下桿體突然被拔出，即楠竹-漿體界面的脫黏滑動，這點與已有的現(xiàn)場試驗結(jié)果(孫滿利等， 2011)相符。楠竹錨桿自然生長變徑，且其表面有突節(jié)(竹節(jié))的特點，及破壞模式表明界面抗剪強度主要來源于竹節(jié)的嵌固力、底部擴徑的擠壓力，黏結(jié)力和摩擦力相對次之。同時，漿體-土體界面也發(fā)生了相對位移，夯土層出現(xiàn)的放射狀裂隙，而且孔口漿液發(fā)生破裂，說明受力進程中，應(yīng)力的橫向傳遞也同時誘發(fā)了界面層及介質(zhì)的局部破壞，而且出現(xiàn)于高荷載水平下。該現(xiàn)象表明目前全長黏結(jié)型錨固系統(tǒng)在張拉過程中存在法向剪脹效應(yīng)，這點在理論上也得到了證明(顧金才等， 2000； 楊松林等， 2001； 曾憲明等， 2010)。通過以上分析，同時結(jié)合Q-S曲線可得，錨固系統(tǒng)局部破壞可分為彈性變形階段、塑性變形階段、擠壓破碎階段和脫黏滑移階段：

(1)彈性變形階段 (圖9a)。在拉拔荷載的初始階段，竹節(jié)及底部擴徑部分?jǐn)D壓漿體，界面變形處于彈性變形階段，此階段表現(xiàn)為荷載-位移曲線初始階段的線性關(guān)系，試驗結(jié)果顯示彈性階段拉拔荷載為6kN以下。

圖9 桿體-漿體界面力學(xué)分析

(2)塑性變形階段 (圖9b)。隨著拉拔荷載的增加，包裹竹節(jié)的前方漿體開始產(chǎn)生塑性變形，在變形后方出現(xiàn)空鼓區(qū)。

(3)擠壓破碎階段 (圖9c)。拉拔荷載進一步加大，漿體變形前方的塑性區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑閰^(qū)，漿體被擠壓堆積，出現(xiàn)明顯的剪脹現(xiàn)象，對土體產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力。竹節(jié)間的破碎區(qū)貫通前的臨界狀態(tài)，此時錨固力達到峰值。

(4)脫黏滑移階段 (圖9d)。當(dāng)拉拔荷載達到極限狀態(tài)時，即竹節(jié)間破碎區(qū)貫通，竹節(jié)擠壓破碎漿體產(chǎn)生滑移，此時界面力學(xué)性質(zhì)迅速變化，錨固力快速減小，桿體從漿體中被拔出。

3.3 界面應(yīng)變分布與傳遞特征

由于楠竹錨桿個體的差異，錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面應(yīng)變分布均具有各自特征，尤其A4錨固系統(tǒng)界面應(yīng)變分布異于其他錨固系統(tǒng)。但扣除錨固始端(L=0m)在較低荷載水平下發(fā)生脫黏滑移外，其他錨固系統(tǒng)桿體-漿體界面其他各點應(yīng)變分布基本具有向錨固末端指數(shù)型衰減分布與單峰值分布兩種類型。其中，前者是典型的彈性變形階段界面分布特征，在類似試驗和理論分析中得到了較好的證明(Ren et al.，2010； Wu et al.，2010； 鄭建嵐等， 2013)； 后者峰值點個別出現(xiàn)在L=0.2m處，多出現(xiàn)于L=0.4m處。這主要是由于楠竹錨桿桿體自身通長變徑，且含竹節(jié)，使得沿桿長分別為竹節(jié)應(yīng)力區(qū)及擴徑應(yīng)力區(qū) (圖10)交替，對漿體復(fù)合的壓力作用致使局部高應(yīng)變的產(chǎn)生，而導(dǎo)致楠竹錨桿應(yīng)變多峰值分布的特點，也是楠竹不同于其他桿體的典型特征。同時末端壓應(yīng)變的出現(xiàn)，說明楠竹錨桿具有端壓型錨桿的特性。

圖10 桿體-漿體界面應(yīng)力分布示意圖

3.4 優(yōu)劣性評價

綜合夯筑土體基于PS-F與PS-(C+F)漿液的楠竹錨桿錨固室內(nèi)試驗成果，就錨固力學(xué)性能而言，適用于夯筑土遺址加固。但試驗過程中也發(fā)現(xiàn)了一些缺陷。

(1)目前楠竹的力學(xué)性能試驗大多通過竹片來獲得，而非楠竹整體，而實際上由于中空和隔膜的特征在抗拉性能上管材和片材差別很大。

(2)從拔出的錨桿來看，在漿液水分作用下，桿體表面出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，受到了一定的腐蝕，因此，其耐久性問題還值得商榷，需探索傳統(tǒng)的防腐處理方法。

(3)楠竹錨固系統(tǒng)界面抗剪能力主要取決于嵌固力，由于楠竹錨桿間的差異性構(gòu)造，錨固能力與其桿體形態(tài)具有很大的關(guān)系，極限錨固力具有一定離散性。

(4)楠竹桿材具有局部破裂可誘發(fā)區(qū)域失效的特點，這也為錨固系統(tǒng)的長期性能留下隱患。因此，建議在增強桿材耐久性和保證桿體整體力學(xué)性能上需進一步探究。

4 結(jié) 論

(1)夯筑土遺址中基于PS漿液的楠竹錨桿錨固性能室內(nèi)試驗研究結(jié)果表明錨固系統(tǒng)均失效于桿體-漿體界面，同時出現(xiàn)漿體-土體位移、孔口漿體破裂及夯土體內(nèi)剪脹現(xiàn)象。

(2)PS-F和PS-(C+F)錨固系統(tǒng)極限錨固力分別處于10～15kN和8～16kN，錨固性能相近； 在受力過程中均表現(xiàn)出弱彈性變形，強塑性變形性能，具有極強的延性。

(3)桿體-漿體界面應(yīng)變監(jiān)測表明，界面應(yīng)變向錨固末端發(fā)生衰減； 鑒于天然取材楠竹自身結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)變分布具有單峰值、雙峰值以及壓應(yīng)變出現(xiàn)錨固末端的特殊現(xiàn)象。

(4)鑒于中空及隔膜結(jié)構(gòu)特征，加之試驗的尺寸效應(yīng)，楠竹錨桿大面積應(yīng)用于夯筑土遺址錨固還需在耐久性和桿材力學(xué)性能適用性上進行深入探究。

致 謝 感謝國家古代壁畫保護工程技術(shù)研究中心郭青林研究員，趙林毅副研究員及中試基地李志鵬工程師的悉心指導(dǎo)與熱忱幫助。

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JournalofEngineeringGeology工程地質(zhì)學(xué)報 1004-9665/2016/24(5)- 1037- 04

ANCHOR PERFORMANCE OF BAMBOO BOLT GROUTED BY PS SOLUTION - BASED SLURRY AMONG RAMMED EARTH MEDIUM

Anchor system of bamboo bolt fully grouted by PS solution-based slurry is successfully applied in the conservation of rammed earth sites. However， the research on its anchoring mechanism has not been conducted so far. By means of the laboratory physical model experiment， anchor capacity， failure mode， strain distribution and load transfer along bolt-grout interface are tested. Experiments reveal that both PS-F and PS-(C+F)anchor system fail at the bolt-grout interface with ultimate pullout force of 10～15kN and 8～16kN respectively. Both of them have strong ductility. During load increment， single-peak and double-peak distributions emerge along bolt-grout interface. Meanwhile， load gradually transfers toward anchor end along with emergence of compressive strain and local peak value near anchor end. All these performance depicts the complicated mechanism. In conclusion， the researched anchor systems are suitable to the conservation of rammed earth sites in terms of anchor capacity. However， durability and structural integrity guarantee of bamboo bolt should be further studied．

Rammed earth sites， Bamboo bolt， PS solution， Ultimate pullout force， Interfacial stress distribution

10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.035

2016-04-11;

2016-07-23.

國家自然科學(xué)基金面上項目(51578272)，國家十二五科技支撐計劃課題(2014BAK16B02)資助.

張景科(1980-)，男，博士，副教授，主要從事不可移動文物保護加固方面的教學(xué)和科研工作. Email: zhangjink@lzu.edu.cn

TU472

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