《熱害隧道全長粘結式錨桿力學性能及損傷機理研究》是依託西南交通大學，由李福海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱害隧道全長粘結式錨桿力學性能及損傷機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李福海
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
錨桿支護是保證隧道圍岩穩定的一種有效支護方式，其錨固體系本身的性能、灌漿料與圍岩基體之間的粘結性能是關係到支護結構作用能否很好發揮的關鍵問題。隨著隧道建設逐漸向長大深埋方向發展，熱害（高地溫）問題日漸突出，在濕（乾）熱環境下，灌漿料的物理性能指標、灌漿料與錨桿（第一界面）及灌漿料與圍岩（第二界面）的粘結性能都會發生較大的變化，可能出現強度倒縮加劇、系統體積穩定性變差以及第一、第二界面粘結力嚴重損失，甚至脫粘開裂喪失支護作用。本項目通過材料組配性能試驗、模擬環境試驗和數值方法及微觀測試技術研究揭示不同高地溫情況下灌漿料物理性能、第一界面及第二界面粘結力學性能的變化規律，熱微觀結構及界面過渡區作用機理。建立高地溫情況下第一界面及第二界面粘結力學模型及脫粘損傷判據。分析熱害對灌漿料微觀結構和巨觀性能的影響，提出有效的熱害情況下灌漿料及錨桿的合理組成材料和施工措施，以保證圍岩支護安全及長期穩定。
結題摘要
在模擬熱害環境基礎上，通過材料組配性能試驗、錨桿拉拔模型試驗、界面粘結力試驗及掃描電鏡等微觀試驗展開相關研究工作。主要進行的研究工作包括： （1）研究了水泥灌漿料在不同溫度（20℃、35℃、50℃、70℃）及濕度條件下抗壓強度的變化規律。研究表明：濕熱環境下水泥砂漿灌漿料的抗壓強度隨溫度的升高而升高；乾熱環境下水泥灌漿料的抗壓強度呈現出倒縮的趨勢。濕熱環境影響灌漿料強度的主要原因是早期高溫養護效應，而乾熱環境下灌漿料抗壓強度損失機理更加複雜，水化不充分，材料失水導致乾縮、不良界面效應等。 （2）分析了高溫條件下灌漿料的收縮機理和抑制措施。分別對比了水膠比、膠砂比、摻和料種類和含量對水泥漿體收縮的影響，結果表明：增大水膠比，水泥漿體的收縮也隨之增大；收縮主要發生在較早的齡期；相同水膠比下，水泥膠砂試件的收縮要小於純水泥試件；摻入30%粉煤灰、2%玄武岩纖維、10%重晶石粉和2%短鋼纖維能夠有效抑制水泥漿體的收縮。通過對試驗數據的分析，提出不同配合比和礦物摻合料的收縮率預測模型。 （3）設計了乾熱環境下不同溫度及圍岩粗糙度下錨桿灌漿料抗拔強度的試驗。結果表明：錨桿的養護溫度對試件在第一、二界面拉拔試驗中的破壞模式影響較小，但不同粗糙度的錨桿其破壞模式差異較大；當養護溫度低於35℃時，錨桿的抗拔強度隨溫度升高而增大，當養護溫度高於50℃時，錨桿的抗拔強度隨溫度升高而減小；對於無螺紋錨桿試件，第一界面的黏結強度大於第二界面，此類錨桿在工程套用中第二界面較第一界面更容易發生剪下破壞。圍岩的粗糙度對錨桿的抗拔強度有較大的影響，圍岩粗糙度越大，錨桿的抗拔強度越高，錨固效果越好。 （4）針對錨固段1000mm長的錨固體試件展開界面粘結應力分布試驗研究，得到錨桿與灌漿體界面的軸力和剪應力分布隨溫度的升高，錨固段最大剪應力值越小，軸力沿錨固段長度衰減快。 研究成果可為改善熱害隧道圍岩支護中灌漿料及錨桿與灌漿料粘結性能提供一定的技術支持。
