各向异性初始地应力软岩中自膨胀锚杆扩体-拉拔试验研究

研发了一种掺入了较多HCSA型膨胀剂的自膨胀锚杆,可提升锚杆的极限抗拔力.但对于刚度较低、易变形的介质,自膨胀锚杆的锚固力提升主要因素还不确定.为探明自膨胀锚杆在各向异性初始地应力软岩中的抗拔力提升效果,采用3种壁厚的钢管模拟不同径向刚度的围岩,向钢管内部加入不同膨胀剂掺量的自膨胀锚固材料,通过测试锚固结构的径向膨胀应力和变形的演化规律,推导了在各向异性初始地应力中自膨胀锚杆膨胀应力和位移的分布解析式,建立了应力、变形与钢管壁厚、膨胀剂掺量的关系.基于ABAQUS数值模拟方法验证了公式与试验相吻合,并通过拉拔模拟得到了自膨胀锚杆在低刚度岩土体中的膨胀规律和极限抗拔力的提升效果.研究结果表明:① 降低钢管壁厚时,不同膨胀剂含量自膨胀锚杆对应的应力-变形的变化趋势高度一致,在膨胀剂含量较大时,降低钢管壁厚,径向膨胀应力仅减小8.6％,但径向变形量却增大117％,说明扩大头效应更明显.②膨胀剂含量为25％的自膨胀锚杆极限抗拔力在不同刚度的围岩中提升幅度相近,但自膨胀锚杆在相对较高的围岩中抗拔力峰前能量增幅明显更大,达到819％.说明摩擦力对自膨胀锚杆锚固性能的影响比扩体效应更优.最后,建立了以软弱围岩强度参数和初始应力等为判据的膨胀剂掺量设计公式,并在某岩质边坡进行了现场试验,试验结果验证了该公式的可行性.