土層錨桿蠕變模型研究

陳浩璞+蔡思燕

摘 要：文章以某基坑土層灌漿錨桿為試驗(yàn)對(duì)象，由蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)建立三參數(shù)的蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停渥兡Ｐ蜑槿渥兾灰婆c荷載水平、時(shí)間的組合函數(shù)，模擬結(jié)果表明位移與荷載、時(shí)間的關(guān)系函數(shù)均采用冪函數(shù)是合適的，能為類(lèi)似土層參數(shù)、施工條件下土層錨桿的變形監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：土層錨桿；蠕變模型；蠕變位移

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，城市建設(shè)往地下空間不斷拓展，形成了大量的邊坡工程和深基坑工程。錨固技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)有效性被廣泛應(yīng)用于臨時(shí)支護(hù)或永久性加固工程[1]?；又ёo(hù)工程中對(duì)于錨桿關(guān)注最多的是其基本試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)，蠕變?cè)囼?yàn)做的很少。對(duì)于土層錨桿的蠕變，文獻(xiàn)[2]進(jìn)行了土的室內(nèi)土工試驗(yàn)和土層錨桿的原位測(cè)試，表示了土錨蠕變量與錨固荷載及時(shí)間的依賴(lài)關(guān)系，提出了軟土層錨桿蠕變收斂的荷載水平上限。文獻(xiàn)[3，4]通過(guò)對(duì)基坑土層灌漿錨桿的拉拔蠕變?cè)囼?yàn)，建立了相應(yīng)的錨桿拉拔蠕變模型，發(fā)現(xiàn)土層錨桿的時(shí)間損傷效應(yīng)比較明顯，其長(zhǎng)期抗拔力相比瞬時(shí)抗拔力有一定的下降。文獻(xiàn)[5]研究了粘性土層中常規(guī)注漿錨桿的蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)，得到了錨桿拉拔剛度隨時(shí)間的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)錨桿抗拔力隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸降低?？傮w而言，目前針對(duì)土層錨桿蠕變的研究還不夠深入，已建立的蠕變模型也只能反映單一荷載水平下的蠕變曲線(xiàn)，對(duì)多級(jí)荷載水平的蠕變曲線(xiàn)簇適應(yīng)性不強(qiáng)。因此，本文擬基于某基坑錨桿的拉拔蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)，建立一個(gè)能適應(yīng)各級(jí)荷載水平蠕變曲線(xiàn)的蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以期為土層錨桿的變形預(yù)測(cè)提供參考。

2 工程背景

2.1 試驗(yàn)方法

某基坑進(jìn)行了土層灌漿錨桿的蠕變?cè)囼?yàn)[4]。錨桿位于粉質(zhì)粘土層中，粉質(zhì)粘土的物理指標(biāo)如下：重度18.6kN/m3，粘聚力14.4kPa，摩擦角16.9°。錨桿鉆孔直徑為0.1m，錨桿長(zhǎng)7.5m，其中自由段6.0m，錨固段1.5m，錨桿傾角20°。錨桿施工順序?yàn)橄茹@孔再注漿，錨桿安裝完成后最后進(jìn)行二次注漿，注漿所用材料為水灰比1：1砂漿。

在進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)前先進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn)，得到錨桿的最大破壞荷載Nc=80kN，作為蠕變分級(jí)加載的基準(zhǔn)。蠕變?cè)囼?yàn)依次按照荷載等級(jí)N1（=0.1Nc）、N2（=0.25Nc）、N3（=0.4Nc）、N4（=0.6Nc）、N5（=0.8Nc）、N6（=1.0Nc）逐級(jí)加載，每隔一定時(shí)間記錄一次蠕變位移，每級(jí)至少加載150min，若蠕變位移小于0.01mm/min，可加載下一級(jí)，否則繼續(xù)觀(guān)測(cè)，直至破壞為止。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)Bolzman疊加原理，將試驗(yàn)得到的梯級(jí)加載蠕變曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化為分別加載下的蠕變曲線(xiàn)，如圖1所示。

3 蠕變模型建立

3.1 蠕變模型建立

由圖1可知，錨桿蠕變位移既和錨桿拉拔荷載有關(guān)，也是時(shí)間的函數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[6-8]，蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭忻枋鑫灰婆c時(shí)間關(guān)系的函數(shù)常用的有對(duì)數(shù)函數(shù)、雙曲線(xiàn)和冪函數(shù)，描述位移與荷載關(guān)系的函數(shù)常用的有冪函數(shù)和雙曲線(xiàn)函數(shù)。通過(guò)試擬合發(fā)現(xiàn)，位移與荷載關(guān)系函數(shù)、位移與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)均適合采用冪函數(shù)，兩者結(jié)合即可得到錨桿蠕變位移關(guān)于荷載水平以及時(shí)間的組合函數(shù)表達(dá)式：

式中，s為錨桿蠕變位移（mm），Nr，i（=Ni/Nc）為荷載水平，t為每級(jí)荷載加載時(shí)間（min），a、b、c均為模型待定參數(shù)。

3.2 蠕變模型驗(yàn)證

通過(guò)最小二乘法回歸分析，可以得出本文模型的最優(yōu)參數(shù)a=40.661，b=0.654，c=0.007。根據(jù)回歸分析得到的參數(shù)代入式（1），得到本文建立的模型為

繪出各級(jí)荷載水平下的模擬曲線(xiàn)，與試驗(yàn)曲線(xiàn)對(duì)比如圖2所示。從圖中可以看出，每級(jí)荷載水平下的蠕變模擬位移與試驗(yàn)實(shí)測(cè)位移相差均不超過(guò)3.5%，模擬曲線(xiàn)與試驗(yàn)曲線(xiàn)非常接近，從而證明本文模型的合理性，說(shuō)明錨桿蠕變位移與荷載、時(shí)間的關(guān)系函數(shù)均采用冪函數(shù)是合適的，能正確描述錨桿蠕變曲線(xiàn)的發(fā)展規(guī)律，且較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)錨桿在各級(jí)荷載水平下、各個(gè)時(shí)刻的蠕變位移，可為類(lèi)似土層參數(shù)、施工條件下土層錨桿的變形監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)提供一定的參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）本文建立的錨桿蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槿渥兾灰婆c荷載、時(shí)間的關(guān)系函數(shù)的組合函數(shù)，模擬結(jié)果表明位移與荷載、時(shí)間的關(guān)系函數(shù)均采用冪函數(shù)是合適的。（2）本文建立的蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭挥腥齻€(gè)參數(shù)，簡(jiǎn)單實(shí)用，能為類(lèi)似土層參數(shù)、施工條件下土層錨桿的變形監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]程良奎.巖土錨固的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].土木工程學(xué)報(bào)，2001（03）：7-12+34.

[2]侯學(xué)淵，李象范.飽和軟地層中土錨的時(shí)間效應(yīng)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1987，15（2）：147-156.

[3]許宏發(fā)，盧紅標(biāo)，錢(qián)七虎.土層灌漿錨桿的蠕變損傷特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2002，24（1）：61-63.

[4]許宏發(fā)，孫遠(yuǎn)，陳應(yīng)才.土層錨桿蠕變?cè)囼?yàn)研究[J].工程勘察，2006（09）：6-8+53.

[5]馬永琪.北京地區(qū)粘性土中錨桿蠕變特征[J].工程勘察，2014（S1）：731-734.

[6]孫鈞.巖土材料流變及其工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[7]CC維亞諾夫.土力學(xué)的流變學(xué)原理[M].杜余培譯，北京：科學(xué)出版社，1987.

[8]盧萍珍，曾靜，盛謙.軟黏土蠕變?cè)囼?yàn)及其經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯縖J].巖土力學(xué)，2008，29（4）：1041-1052.