錨桿錨固性能及界面力學(xué)特性研究綜述

查文華　王京九　華心祝　劉造?！⊥醭屋铡?/p>

摘要：錨桿錨固巖土體后，形成的錨固體單元能否提供足夠的錨固力是整個(gè)錨固工程的關(guān)鍵?，F(xiàn)有研究表明，錨固系統(tǒng)的破壞模式主要表現(xiàn)為錨桿與錨固劑界面和錨固劑與圍巖界面發(fā)生滑脫?？偨Y(jié)了影響錨桿錨固界面力學(xué)特性的因素，分析歸納了錨固界面力學(xué)特征研究領(lǐng)域存在的主要問題。指出合理利用數(shù)值模擬與試驗(yàn)手段并結(jié)合理論分析對錨固界面的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究，有助于弄清錨桿錨固系統(tǒng)的作用機(jī)理，對提升錨固工程安全性與穩(wěn)定性有著重大意義。相關(guān)結(jié)論為今后錨桿錨固界面力學(xué)特性的研究提供了方向和參考。

關(guān)鍵詞：錨固界面; 力學(xué)特性; 黏結(jié)強(qiáng)度; 數(shù)值模擬; 理論分析

中圖法分類號： TU476

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.027

0引 言

隨著巖土錨固工程的發(fā)展，錨桿錨固技術(shù)在工程建設(shè)中扮演著越來越重要的角色，成為主要加固手段之一。錨桿錨固技術(shù)是指利用錨桿或錨索將荷載傳遞至穩(wěn)定的巖土層中，以此來加固結(jié)構(gòu)物和地層，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)物或巖土體的穩(wěn)定[1]。巖土錨固工程涉及的工程地質(zhì)條件及工程現(xiàn)場等因素非常復(fù)雜，這使現(xiàn)有的錨固機(jī)制研究和設(shè)計(jì)理論與工程實(shí)際相比還有很大的差距，不能很好地服務(wù)于實(shí)際工程，對錨固技術(shù)的合理應(yīng)用和發(fā)展存在不利影響[2]。以往大部分的研究成果和工程實(shí)例表明錨固系統(tǒng)的失效主要是發(fā)生在錨固界面上。因此，錨桿錨固性能研究的關(guān)鍵問題是界面黏結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)該重點(diǎn)研究錨固界面的力學(xué)特性。錨固系統(tǒng)主要是由錨桿桿體、錨固劑和圍巖組成的，其中相鄰的兩類介質(zhì)之間分別形成一個(gè)界面。為了表述簡單，一般把錨桿-錨固劑間的界面稱為“第一界面”，將錨固劑-圍巖間的界面稱為“第二界面”（見圖1）。以下統(tǒng)一按照“第一界面”和“第二界面”敘述。

總結(jié)歸納國內(nèi)外研究成果發(fā)現(xiàn)，對于錨固段應(yīng)力分布特性的研究多集中在錨桿體受拉拔狀態(tài)下。現(xiàn)有諸多研究結(jié)果與工程實(shí)際還有一定的差距，主要是因?yàn)檠芯慷际怯屑俣ɑ蚣s束條件的，這也造成關(guān)于錨固體應(yīng)力特征規(guī)律的研究結(jié)論的準(zhǔn)確性以及實(shí)用性較差。因此深入系統(tǒng)研究圍巖與錨桿協(xié)同變形機(jī)理，明確二者耦合作用機(jī)制，使錨桿有效控制圍巖的運(yùn)動，對提升錨固工程的安全穩(wěn)定有著重大意義。

本文從錨桿錨固機(jī)制出發(fā)，重點(diǎn)對錨桿錨固系統(tǒng)的失效模式、錨桿錨固性能的影響因素、錨桿錨固界面力學(xué)特性試驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算模型以及相關(guān)理論研究進(jìn)行總結(jié)歸納，并對錨桿錨固界面力學(xué)特征研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行探討和展望。

1錨桿錨固系統(tǒng)失效形式

錨固支護(hù)系統(tǒng)是由圍巖、錨桿、錨固劑以及各構(gòu)件組成的一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)。錨桿的作用是控制圍巖離層、滑動及拉伸、裂紋等不連續(xù)、不協(xié)調(diào)擴(kuò)容變形，保持圍巖完整性和自承能力，避免圍巖強(qiáng)度降低。錨固系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對對整個(gè)錨固工程的成敗有著決定性的作用。在實(shí)際工程中，錨固性能受施工工藝和地質(zhì)條件的影響很大，導(dǎo)致錨固系統(tǒng)的破壞模式很復(fù)雜。弄清錨固破壞的模式是關(guān)鍵，對于提升巖體錨固工程的安全性和穩(wěn)定性有重大意義[3]。

錨固體單元一般由多種介質(zhì)組成并能夠?yàn)殄^固結(jié)構(gòu)提供一定錨固力。錨桿錨固段的失效會影響錨固力，以下4種是錨固體破壞失效的主要模式[3-4]（見圖2）。

（1） 錨桿斷裂，如圖2（a）所示。主因是錨桿抗拉強(qiáng)度較低，在軸向拉拔荷載作用下，錨桿在端部出現(xiàn)斷裂。對于這種失效模式，采用高強(qiáng)度耐腐蝕的錨桿體會顯著提高錨固體的整體強(qiáng)度。

（2） 錨桿與錨固劑界面滑動，如圖2（b）所示。造成這種破壞的主要原因是第一界面的黏結(jié)強(qiáng)度比較小，在受到拉拔荷載時(shí)，破壞首先發(fā)生在此界面上。從已有的研究成果中可發(fā)現(xiàn)第一界面屬于漸進(jìn)性破壞模式，主要表現(xiàn)為破壞最先發(fā)生在錨固段起始段，然后隨著荷載的逐漸增大，破壞慢慢向錨固段的內(nèi)部發(fā)展[5]。

（3） 圍巖體與錨固劑界面滑動，如圖2（c）所示。發(fā)生此種破壞的原因是此時(shí)第二界面的黏結(jié)強(qiáng)度比較小，在受到拉拔荷載時(shí)，率先在此界面發(fā)生破壞。由于巖土體與錨固劑在物理化學(xué)性質(zhì)上有很大的差異，二者之間界面的黏結(jié)強(qiáng)度較低，所以巖土體與錨固劑界面是錨固系統(tǒng)中最易遭到破壞的地方，錨固系統(tǒng)的破壞通常發(fā)生在此界面。

（4） 圍巖體破壞，如圖2（d）所示。研究表明在表面錨固型錨桿中較多呈現(xiàn)這種破壞模式。若圍巖體是均質(zhì)且強(qiáng)度較低材料時(shí)，破壞模式呈現(xiàn)漏斗型。

眾多研究成果及實(shí)際工程表明，錨固系統(tǒng)易遭受破壞的是第一界面和第二界面。因此這兩個(gè)界面力學(xué)特性的研究對于巖土體錨固工程有著重大意義。

2錨固系統(tǒng)中錨桿-錨固劑界面應(yīng)力分布特征

2.1第一界面力學(xué)特性的試驗(yàn)研究

曾憲明[6]、范俊奇等[7]指出，在不同圍巖強(qiáng)度下錨固界面有極限剪應(yīng)力和零值剪應(yīng)力，且第一界面剪應(yīng)力的變化會影響第二界面剪應(yīng)力的分布;圍巖強(qiáng)度的變化對錨固界面的剪應(yīng)力分布影響很大且第一界面的黏結(jié)應(yīng)力呈負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，推導(dǎo)出第一界面剪應(yīng)力分布公式為

τ1x=-1.18KpP0π·d2xd0.18e-Kpxd1.18（1）

式中：x為某點(diǎn)至外荷載作用點(diǎn)的距離，m;Kp為荷載系數(shù)，與外荷載和介質(zhì)強(qiáng)度相關(guān);d為桿體直徑，m;P0為錨桿外荷載，kN。

姚國強(qiáng)[8]、匡政[9]、馮君等[10]通過試驗(yàn)得出第一界面的剪應(yīng)力隨錨固長度的增加，表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，并提出了有效錨固長度的概念，當(dāng)錨固長度較小時(shí)，界面處的剪切強(qiáng)度基本上是恒定的。

Zhu等[11]通過研究得出隨拉拔力的增大，剪切應(yīng)力逐漸增大，剪切應(yīng)力與位移呈高度非線性分布。康紅普等[12]在其研究的基礎(chǔ)上得到剪應(yīng)力在拉拔荷載下沿第一界面的分布曲線（見圖3）。拉應(yīng)力較小時(shí)，剪應(yīng)力值開始減小并逐漸遠(yuǎn)離錨固起始點(diǎn)（見圖3曲線1）;增大荷載，剪切破壞逐漸向深部發(fā)展（見圖3曲線2）。

Bhargava等[13]提出在腐蝕作用下界面黏結(jié)強(qiáng)度衰減的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。李典慶等[14]利用Bhargava等[13]提出的模型分析錨桿與錨固劑界面黏結(jié)強(qiáng)度的衰減關(guān)系，得到界面黏結(jié)強(qiáng)度隨時(shí)間變化衰減系數(shù)函數(shù)表達(dá)式R（t）為

2.2第一界面力學(xué)特性的數(shù)值模擬研究

數(shù)值模擬作為試驗(yàn)研究輔助手段，可提供試驗(yàn)中難以獲得的信息，有助于理解問題的本質(zhì)。

在地震作用下，言志信等[15]指出隨著錨固角的增大，錨固界面上的峰值剪應(yīng)力減小。他利用數(shù)值模擬手段研究了地震作用下邊坡錨固界面的剪應(yīng)力分布規(guī)律，對今后的進(jìn)一步研究具有指導(dǎo)意義。

楊俊等[16]利用數(shù)值模擬方法研究得到：在不同圍巖性質(zhì)條件下錨桿錨固性能受荷載的影響較大，受錨固長度影響較小，指出隨著圍巖體彈性模量的增加剪應(yīng)力峰值增大。

趙同彬等[17]利用PFC顆粒流數(shù)值仿真模擬軟件從錨桿界面細(xì)觀力學(xué)的角度進(jìn)行試驗(yàn)。指出剪應(yīng)力在沿桿方向上隨距離的增大呈負(fù)指數(shù)函數(shù)減小;隨著黏結(jié)參數(shù)的變化，錨桿的破壞模式呈現(xiàn)不同類型。

2.3第一界面力學(xué)特性的理論研究

宋洋[18]、Zhou[19]等指出增加錨桿長度可提升錨固性能，但是當(dāng)錨桿長度增大到一定值后，繼續(xù)增大錨桿長度并不會增強(qiáng)錨固性能。錨桿的軸向應(yīng)力沿錨桿長度的分布呈單峰曲線，剪切應(yīng)力的分布分為正段和負(fù)段，正應(yīng)力曲線的峰值與剪應(yīng)力曲線的零點(diǎn)重合。

Kim[20]、Tremblay[21]、Charlie[22]等指出在荷載作用下界面的黏結(jié)強(qiáng)度首先發(fā)揮作用，隨著荷載的增大，界面黏結(jié)強(qiáng)度小于拉拔荷載，此時(shí)第一界面開始出現(xiàn)剪切滑移破壞。在前人研究的基礎(chǔ)上，陳建功等[23]建立了能反映錨桿界面黏結(jié)-軟化-滑動力學(xué)特性的剪應(yīng)力-位移非線性本構(gòu)模型，解決了三折線軟化界面模型需要分段分析的問題。

3錨固系統(tǒng)中錨固劑-圍巖界面應(yīng)力分布特征

3.1第二界面力學(xué)特性的試驗(yàn)研究

錨桿拉拔試驗(yàn)較多地用于室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程比較接近。李懷珍[24]、吳潤澤[25]、Blanco等[26]通過研究錨桿錨固長度這一因素發(fā)現(xiàn)增加錨桿的錨固長度可提高錨桿的抗拔力，沿錨固長度剪應(yīng)力的分布呈單峰值曲線，隨著荷載的增大，最大值從靠近孔口處向深部傳遞。

此外，朱玉等[27]繪制了沿錨固長度分布的剪應(yīng)力曲線（見圖4）。龍照等[28]在總結(jié)分析后推導(dǎo)出計(jì)算錨桿臨界錨固長度的公式：

lc=5.6～6.2d0Eb/Es（3）

式中：d0為錨固體的半徑;Eb為錨固體的綜合彈性模量;Es為巖土體的剪切模量。

查文華等[29-30]研究了溫度和側(cè)壓兩個(gè)因素對錨固性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高，最大錨固力減小，錨固界面的平均剪切應(yīng)力也減小，錨固界面由脆性破壞逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐摹Ｔ趥?cè)壓系數(shù)變化下，錨桿-錨固層界面脫黏是錨固破壞的主體形式;在側(cè)壓系數(shù)增加到1.3之前，隨著側(cè)壓系數(shù)增大，錨桿能承受最大荷載增大。

但是這里研究的側(cè)壓是穩(wěn)定加載，后來吳擁政等[31]研究了沖擊應(yīng)力對錨固性能的影響，指出在沖擊載荷與靜載聯(lián)合作用下，巷道圍巖節(jié)理、裂隙的擴(kuò)展貫通，強(qiáng)度和完整性弱化，圍巖的損傷破壞造成錨固系統(tǒng)錨固性能（錨固力、預(yù)緊力） 的降低，第二錨固界面黏結(jié)劣化失效。Mortazavi等[32]認(rèn)為在動荷載作用下，沒有足夠的時(shí)間使應(yīng)力通過錨固界面?zhèn)鬟f到巖體。

3.2第二界面力學(xué)特性的數(shù)值模擬研究

數(shù)值模擬被廣泛應(yīng)用到巖體錨固機(jī)制的分析中。言志信等[33-34]指出錨固劑-圍巖體界面上的剪應(yīng)力比錨桿-錨固劑界面上的剪應(yīng)力小很多，剪應(yīng)力和錨桿軸力分布很不均勻，而且在中性點(diǎn)附近都會發(fā)生突變。

龍哲等[35]采用interface接觸面單元（見圖5）模擬第一界面的剪切作用，探討錨固界面剪應(yīng)力在簡諧波影響下的作用機(jī)理，指出錨固劑-圍巖體界面剪應(yīng)力在達(dá)到其極限黏結(jié)強(qiáng)度后出現(xiàn)脫黏現(xiàn)象，剪應(yīng)力峰值從破壞面向錨桿兩端發(fā)展。

3.3第二界面力學(xué)特性的理論研究

錨固第二界面的理論分析較復(fù)雜，涉及到偶應(yīng)力理論、中性點(diǎn)理論、強(qiáng)度理論、模糊理論、有限差分法以及彈塑性力學(xué)等方面的專業(yè)知識。

尤春安[36]將錨固段分為彈性、塑性滑移和脫黏3個(gè)階段，推導(dǎo)出界面應(yīng)力分布的理論解。在彈性狀態(tài)下的剪應(yīng)力分布公式如下：

尤春安[37]指出在拉拔荷載下錨桿所受的峰值剪應(yīng)力是在靠近孔口的位置。剪應(yīng)力的變化趨勢為從零迅速增加到峰值隨后慢慢減少并最終趨向于零。段建等[38]在其研究基礎(chǔ)上推導(dǎo)出錨桿單調(diào)荷載與松動長度的內(nèi)在關(guān)系解析式，與尤春安[37]的研究方法相比，其結(jié)果更加貼近于實(shí)際，其推導(dǎo)出的軸力及剪應(yīng)力分布函數(shù)為

吳延峰等[39]利用偶應(yīng)力理論得到拉力型錨桿錨固段界面的剪應(yīng)力和剪應(yīng)變會減小，界面附近存在過渡性區(qū)域。張培勝[40]指出錨桿某一點(diǎn)處的剪應(yīng)力與位移并非一直是線性關(guān)系，而是一個(gè)變剛度的彈塑性關(guān)系，并首次提出特征作用段的概念。黃明華等[41]指出其構(gòu)建的雙指數(shù)曲線剪切滑移模型曲線（見圖6）具有剪應(yīng)力最大值點(diǎn)。

周炳生等[42]、谷拴成等[43]認(rèn)為對于不同錨固深度的錨固體，其界面的本構(gòu)關(guān)系是不同的，剪應(yīng)力峰值隨深度增加而增大，靠近錨固端的區(qū)域內(nèi)本構(gòu)關(guān)系曲線相差不大。Tipireddy等[44]得出不同埋置長度和錨固劑厚度下的隨機(jī)剪切應(yīng)力分布機(jī)理，進(jìn)而清楚地界定了失效發(fā)生的機(jī)制。

Ren等[45]基于三線性黏結(jié)滑移模型，指出在錨桿與錨固劑界面存在殘余黏結(jié)強(qiáng)度。此后，Kumar等[46]、Fava等[47]在研究界面黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)黏結(jié)材料的退化會導(dǎo)致界面的剛度損失;界面黏結(jié)強(qiáng)度越高，黏結(jié)長度越短，錨固劑的應(yīng)力增大越大，提出應(yīng)對可變剛度黏結(jié)界面進(jìn)行更深入的研究。

周世昌等[48]指出剪應(yīng)力的分布隨著拉拔荷載的增大呈現(xiàn)逐漸向遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的特征，在達(dá)到極限拉拔荷載后，隨著滑移的進(jìn)行，最終穩(wěn)定下來。Ren[49]、雒億平等[50]指出當(dāng)拉拔荷載超過臨界滑移值時(shí)，錨固劑-圍巖體界面部分進(jìn)入滑移狀態(tài)，滑動破壞先在錨固體端部界面發(fā)生，隨荷載的增大，破壞向錨固體底端發(fā)展。

伍國軍等[51-52]指出錨固界面產(chǎn)生剪切流變會致使錨桿的應(yīng)力增大，并使錨桿峰值的位置隨著時(shí)間產(chǎn)生改變并有向錨根移動的趨勢。隨著剪切時(shí)間的增加，錨桿軸向應(yīng)變值有一定的增加，錨固力會出現(xiàn)緩慢回升的現(xiàn)象。

劉紅軍等[53]指出在最小勢能約束條件下，錨桿的p-l曲線呈類正弦波態(tài)勢，有明顯的駐點(diǎn)。黃明華等[54]認(rèn)為錨固界面的極限狀態(tài)可分為正常使用臨界狀態(tài)和承載能力臨界狀態(tài)。周浩等[55]指出錨固體上應(yīng)力分布與中性點(diǎn)理論相符合，在該點(diǎn)處的軸向力最大，剪應(yīng)力大小為0，錨固體軸向力分布特征為單峰值曲線。

谷拴成等[56]、黃明華等[57]在研究離層對錨固性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在相同離層值條件下，錨桿中心處應(yīng)力最小，越靠近邊緣離層產(chǎn)生的附加應(yīng)力越大，離層位置和錨固體的軸力、剪應(yīng)力呈非線性關(guān)系。錨桿軸力和界面剪應(yīng)力都表現(xiàn)出明顯的非線性特征，且兩者都隨離層的進(jìn)一步發(fā)展向兩端傳遞。

4新型錨桿錨固界面力學(xué)特性

隨著巖土錨固技術(shù)的進(jìn)展，錨桿從最為常見的拉力型錨桿，發(fā)展出壓力分散型錨桿、拉力分散型錨桿、拉壓分散型錨桿，這些新型錨固技術(shù)對于巖土錨固技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。

4.1壓力分散型錨桿

在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，賈金青[58]推導(dǎo)了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨桿的受力傳遞公式解析解，指出巖土體彈性模量和內(nèi)摩擦角越大，有效錨固長度越小，峰值剪應(yīng)力越大，軸力衰減越快，剪應(yīng)力和軸力的分布越集中。壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨桿可以通過對各個(gè)承載體作用下的剪應(yīng)力和軸力疊加得到：

管昕昉[59]采用室內(nèi)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究相結(jié)合的方式，對壓力分散型錨桿進(jìn)行了研究。指出在拉拔荷載作用下，壓力分散型錨桿的剪應(yīng)力最大值分別在兩個(gè)承載體附近出現(xiàn)，其中底端承載體的剪應(yīng)力峰值比另一承載體處的要更大一些。壓力分散型錨桿的剪應(yīng)力峰值得到大幅度降低，且剪應(yīng)力更趨于均勻分布，壓力分散型錨桿越穩(wěn)定不易失效。

4.2拉力分散型錨桿

尤春安[60]認(rèn)為錨固段的剪應(yīng)力是由每一錨固段剪應(yīng)力疊加組成的，且預(yù)應(yīng)力張拉方式對拉力分散型錨桿的剪應(yīng)力分布有較大的影響。如分組（循環(huán)）張拉、單組循環(huán)張拉或整體張拉對錨固段的應(yīng)力分布有很大的影響?？偧魬?yīng)力分布等于各段剪應(yīng)力分布的疊加，而不會只是集中于錨固段前端，故拉力分散型錨桿的最大剪應(yīng)力是普通拉力型錨桿最大剪應(yīng)力的1/N（N為分散錨固段的組數(shù)）。

江賢鋒[61]以實(shí)際工程為例，分析了拉力分散型錨桿的受力機(jī)理，指出拉力分散型錨桿剪應(yīng)力分布均勻，蠕變變形量小，大大降低了應(yīng)力集中現(xiàn)象。拉力分散型錨桿承載力與錨固段長度成比例增長，同等錨固長度，承載力比普通拉力型錨桿可提高 30%以上。

4.3拉壓分散型錨桿

何錦芳[62]通過對拉壓復(fù)合型錨桿的承載性能開展模型試驗(yàn)、現(xiàn)場原位試驗(yàn)及簡化理論分析，指出當(dāng)錨桿受拉時(shí)，外荷載能夠通過承壓板同時(shí)向兩端傳遞，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，受拉錨固段與承壓錨固段協(xié)同承擔(dān)荷載，極限抗拔承載力明顯提高。拉壓復(fù)合型錨桿受拉錨固段上剪應(yīng)力近似呈線性減小的分布規(guī)律，且在受拉錨固段端頭處最大，并推導(dǎo)出承載比N的計(jì)算公式見表1。

江賢鋒[61]以實(shí)際工程為例，分析了拉力分散型錨桿的受力機(jī)理，指出拉力分散型錨桿剪應(yīng)力分布均勻，蠕變變形量小，大大降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。拉力分散型錨桿承載力與錨固段長度成比例增長，同等錨固長度，承載力比普通拉力型錨桿可提高 30%以上。

5展 望

總結(jié)概括國內(nèi)外學(xué)者對于錨桿錨固界面力學(xué)特性研究所取得的成果不難發(fā)現(xiàn)，近年來關(guān)于錨固界面應(yīng)力分布與變化方面的研究有了一定突破，未來有望在以下幾個(gè)方面開展深入研究：

（1） 圍巖與錨桿相互作用機(jī)理目前還未完全研究清楚，深入系統(tǒng)研究圍巖與錨桿協(xié)同變形機(jī)理，明確二者耦合作用機(jī)制，對提高錨固工程安全性與穩(wěn)定性有著重大意義。

（2） 錨固界面的剪應(yīng)力與剪切位移之間關(guān)系模型的合理構(gòu)建以及相關(guān)參數(shù)的選取都對錨桿臨界錨固長度計(jì)算有很大的影響，而現(xiàn)有的研究在模型的構(gòu)建和相關(guān)參數(shù)的選取上還比較模糊，在此方面需進(jìn)行更深層次的研究。

（3） 現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)錨固界面在發(fā)生破壞時(shí)會存在剪脹效應(yīng)，但是這并沒有得到大多數(shù)研究人員的重視，已有研究并不能很好地解釋和描述這種現(xiàn)象，因此應(yīng)盡快明確此效應(yīng)的作用機(jī)理。

（4） 目前關(guān)于錨固體長期力學(xué)行為的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究比較少見。應(yīng)多開展考慮時(shí)間效應(yīng)的錨固性能試驗(yàn)以及錨固界面力學(xué)特征研究。

（5） 錨桿在實(shí)際工程荷載作用下會產(chǎn)生塑性強(qiáng)化。已有的研究基本都是假設(shè)錨桿為理想的彈塑性材料，顯然，這樣計(jì)算出來的結(jié)果與實(shí)際有很大差別。如何準(zhǔn)確構(gòu)建相關(guān)本構(gòu)模型來描述錨桿塑性強(qiáng)化階段的力學(xué)特性尤為重要。

（6） 現(xiàn)有的新型錨桿的錨固性能較傳統(tǒng)錨桿有所改善，但是對于其錨固機(jī)理的研究需要進(jìn)行深入探討。

（7） 外部環(huán)境的變化如地震、山洪、水流等自然災(zāi)害的沖擊以及瓦斯爆炸、巖爆等都會對巖體錨固工程產(chǎn)生不可預(yù)估的影響。而相關(guān)研究還不夠充分，開發(fā)錨桿支護(hù)新產(chǎn)品、新材料、新工藝等是充分發(fā)揮錨桿錨固主動作用的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。

（8） 錨桿錨固巖土體后，巖體的內(nèi)摩擦角、黏聚力、彈性模量以及滲透系數(shù)都會受到影響。而且在高溫、高壓、高地應(yīng)力的深部礦井，加錨物理效應(yīng)更加明顯?，F(xiàn)有的對于加錨物理效應(yīng)的研究還只是停留在認(rèn)識層面，如何準(zhǔn)確定量地描述這一復(fù)雜效應(yīng)需要深入研究。

（9） 對于采礦領(lǐng)域，受地下空間、錨桿施工工藝等多因素的限制，應(yīng)力分散型錨固方式無法應(yīng)用于采礦巷道單孔錨桿錨固支護(hù)。為適應(yīng)我國煤礦復(fù)雜條件下的圍巖變形特征，減少錨固端應(yīng)力集中，提高錨固體的極限承載力，增強(qiáng)錨固體的抗剪變形能力，適應(yīng)圍巖大變形，改善錨固支護(hù)效果，相關(guān)的抗剪大變形錨桿的研制與其錨固工程力學(xué)特性的研究是未來需要解決的主要問題。

6結(jié) 論

本文對錨桿錨固性能及界面力學(xué)特性研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的梳理和總結(jié)，系統(tǒng)分析了錨桿錨固系統(tǒng)的失效形式、第一界面以及第二界面上的力學(xué)特性、存在的問題和今后的研究重點(diǎn)，結(jié)論如下。

（1） 錨桿錨固系統(tǒng)的失效形式多種多樣，其中錨桿-錨固劑和錨固劑-圍巖界面較易受到破壞，這兩個(gè)界面的力學(xué)特性是研究的重點(diǎn)。

（2） 不同圍巖強(qiáng)度條件下下，錨固界面有極限剪應(yīng)力和零值剪應(yīng)力，且第一界面剪應(yīng)力的變化會影響第二界面剪應(yīng)力的分布;圍巖強(qiáng)度的變化對錨固界面的剪應(yīng)力分布影響很大，且第一界面的黏結(jié)應(yīng)力呈負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減。

（3） 在地震作用下，隨著錨固角的增大，錨固界面上的峰值剪應(yīng)力減小，邊坡永久位移增大;當(dāng)錨桿在結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的長度相等時(shí)，錨桿界面的錨固作用最大化;當(dāng)錨桿豎向間距減小，峰值剪應(yīng)力和邊坡永久位移均減小;隨錨桿和錨孔直徑的增大，峰值剪應(yīng)力和邊坡永久位移總體呈減小的趨勢。

（4） 錨桿-錨固劑界面上的剪應(yīng)力并不是平均分布，沿錨固長度單峰值曲線變化表現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律;隨著錨固劑強(qiáng)度及穩(wěn)定性不斷提高，可以明顯提升錨桿的錨固力，能夠確保該界面不發(fā)生剪切破壞。

（5） 在單一荷載下，錨固系統(tǒng)存在臨界錨固長度。隨著荷載的提高，最大剪應(yīng)力從孔口附近處向深部移動。錨固界面的剪應(yīng)力在沿桿體方向和徑向上衰減，呈非平均分布。

（6） 錨固段的剪應(yīng)力是由每一錨固段剪應(yīng)力的疊加組成的，而且錨桿某一點(diǎn)處的剪應(yīng)力與位移并非一直是線性關(guān)系，而是一個(gè)變剛度的彈塑性關(guān)系，并存在特征作用段。

（7） 在相同離層值條件下，錨桿中心處應(yīng)力最小，越靠近邊緣離層產(chǎn)生的附加應(yīng)力越大，離層位置和錨固體的軸力、剪應(yīng)力呈非線性關(guān)系。

（8） 目前在錨固研究中運(yùn)用比較多的是數(shù)值模擬方法。FLAC 3D、ANSYS以及ABAQUS等數(shù)值模擬軟件的不斷更新發(fā)展，為研究人員提供了更多的研究手段，可以選擇內(nèi)置的本構(gòu)模型或者根據(jù)具體研究問題重新構(gòu)建本構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)。對于自定義本構(gòu)模型的情況，研究人員應(yīng)規(guī)范其使用的范圍，編寫正確的接口程序。 充分利用好數(shù)值模擬方法，使其在研究錨固界面力學(xué)特性問題中發(fā)揮最大作用。

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（編輯：鄭 毅）

Abstract：After anchoring rock and soil with anchor rod，whether the anchoring solid unit can provide enough anchoring force is the key of the whole anchoring project.The existing research shows that the failure mode of an anchoring system is mainly occurring at the interface between bolt and anchoring agent and the interface between anchoring agent and surrounding rock，which are the vulnerable link in the anchoring system.This paper summarized the factors that affect the interfacial mechanical properties of anchorage bolt and analyzed the main problems in this research field.It was pointed out that the rational use of numerical simulation and combination of test methods and theoretical analysis was helpful to understanding the mechanism of anchorage system and had great significance to improving the safety and stability of anchorage engineering.It provided the direction and reference for the future research on the mechanical properties of anchor bolt interface.

Key words：anchoring interface;mechanical property;adhesive strength;numerical simulation;theoretical analysis