武汉岩土所在隧道粘结式锚杆锚固力学机理研究方面取得进展

锚杆、锚索等柔性支护措施广泛应用于隧道（洞）围岩的加固，若对锚杆锚固效应预测不当，可能引起锚杆屈服或剪切破坏，也可能导致锚杆设计过于保守，造成资源材料浪费。因此，应对锚杆-围岩相互作用机理进行深入研究，为合理的锚杆支护设计提供可靠的理论支撑。现有的关于全长粘结式锚杆的解析解，通常将围岩视为弹性体、将杆体视为刚性或将锚杆与砂浆界面接触视为刚性，与实际不相符。若考虑围岩与锚杆复杂的力学行为，需采用数值解展开分析，然而现有数值解的迭代计算过程过于繁琐、计算难度大。

针对以上问题，中国科学院武汉岩土力学研究所岩土工程抗震安全组提出了改进的全长粘结式整体锚固效应计算方法及软件，探讨了围岩质量、所处地应力、峰后应变软化特性、锚杆-砂浆界面剪切刚度、锚杆托盘刚度对锚杆受力与锚固效应的影响。计算结果显示，锚杆-砂浆界面剪切刚度对锚杆控制效果的影响程度取决于锚杆远端所处位置，当远端处于塑性区域内部时，增大剪切刚度可有效加强锚杆锚固效果，但处于弹性区域内部时，剪切刚度对锚固效应影响很小；在高应力条件下，锚杆托盘刚度在一定程度上影响了锚杆的失效形式。该研究成果为锚杆支护设计分析提出了新方法。

相关成果于近日发表在International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics上。

论文链接

图1 期刊封面

图2 锚杆简化布置形式示意图

图3 围岩-锚杆分层力学基本模型