中风化砂质泥岩与锚固体粘结强度试验研究

中风化砂质泥岩与锚固体粘结强度试验研究

0锚固体变形破坏形式预测坍塌是一种将力传递给稳定岩石或土层的结构体系。现在广泛应用于高边坡防护工程中。预应力锚索的破坏形式主要有三种：（1）锚索钢绞线从锚固体中拔出；（2）锚索钢绞线部分或全部断裂；（3）锚固体沿着锚孔的岩土壁发生滑移。针对前两种破坏形式，可以根据室内试验得出精确计算参数，并通过计算结果和构造要求进行锚索设计。而锚固体与岩土层的粘结强度差异较大，国内外进行了长期相关研究。Serrano等本文通过重庆某边坡锚索的基本试验，得到锚索的主要破坏形式以及中风化砂质泥岩与锚固极限体粘结强度标准值。在确保边坡安全的前提下，取得了较好的经济效益，可为同类工程锚索设计提供参考。1粘结强度特性分析大量现场锚索资料及室内试验表明，岩层与锚固体极限粘结强度的主要影响因素有：(1）岩石抗压强度单轴抗压强度较高的岩石，与锚固体极限粘结强度较高；反之，单轴抗压强度较低的岩石，与锚固体极限粘结强度较低。(2）岩体结构面特征对于岩石强度相当的岩体，岩体结构面间距、张开度等特征对岩层与锚固体极限粘结强度的影响较大。(3）锚固体强度在相同岩体条件下，不同锚固体注浆材料强度特性、岩层与锚固体极限粘结强度也不同。锚固体强度越高，粘结强度越高。水泥砂浆锚固体粘结强度比纯水泥锚固体粘结强度略高。(4）施工质量锚索孔内清洗不干净，岩层与锚固体粘结强度降低。现场施工过程中，应用高压风进行吹渣，然后用水清洗干净。2边坡地质条件某项目位于重庆市两江新区会展中心北西侧，项目东侧形成长124m、高约45.5m的岩质挖方边坡，分两阶实施，分别为250.5～271.2(276.6）、271.2(276.6)～296.0，为永久性边坡，边坡安全等级均为一级。边坡岩性主要为砂质泥岩夹透镜体砂岩，局部软弱夹层。边坡整体稳定性受岩层面及岩体自身强度控制。据地面调查及钻探显示，场区主要岩土层有第四系全新统的人工素填土（Q(1）素填土（Q(2）砂质泥岩（J(3）砂岩（J场地范围内以砂质泥岩为主。锚索设计的锚固岩层为中风化砂质泥岩。中等风化砂质泥岩天然单轴抗压强度区间值为5.8～13.7MPa，平均值为9.8MPa，标准值为9.2MPa。3实验证3.1锚索参数选取为了确定中等风化砂质泥岩与锚固体的粘结强度极限标准值，提供边坡动态设计的相关参数。根据设计资料和现场实际情况，经参建方协商选取6根锚索进行基本试验。锚索基本参数如表1所示，剖面图如图1所示。基本试验的对象为中风化砂质泥岩，根据地勘报告，发现中风化砂纸泥岩天然单轴抗压强度标准值为9.2MPa，属于较软岩。根据《建筑边坡工程技术规范》，岩石与锚固体极限粘结强度标准值为360～760kPa。本次基本试验按破坏考虑，岩石与锚固体极限粘结强度标准值取1000kPa，计算出试验预估破坏荷载为2356kN。3.2锚索及注浆注浆（1）钻孔现场选用干钻，一次性钻进成孔；锚孔定位偏差不大于20mm，钻孔偏斜度不应大于3%；孔深超过设计长度0.5m左右。(2）锚索锚头锚具经除锈、涂防腐漆三度后，外设钢筋网罩，线脚用C30混凝土封闭。锚索自由段采用除锈、防腐处理后装入套管中，自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油填充。沿轴线方向每隔2m设一个隔离支架、确保水泥砂浆保护层厚度不小于30mm；钢绞线及排气管应捆扎牢固，编排钢绞线时，同时安放注浆管和止浆密封装置。(3）注浆注浆材料采用M30水泥砂浆。采用压力为0.3～0.5MPa的常压注浆，注浆饱满密实，锚索注浆孔第一次注浆完毕。3.3锚固结构及极限承载力根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013），锚索基本试验应采用分级循环加卸载法，并应符合下列规定：(1）每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量；(2）在每次加、卸载时间内应测读锚头位移二次，连续二次测读的变形量小于0.01mm时，可施加下一级荷载；(3）加、卸荷等级、测读间隔时间宜按表2确定。锚索基本试验过程中出现以下任一条件时应终止试验：(1）锚头位移不收敛，锚固体从岩石层拔出，或者锚索从锚固体中拔出；(2）锚头总位移量超过设计允许值；(3）上层锚索试验中后一级荷载产生的锚头位移增量，超过上一级荷载位移增量的2倍。当出现以上条件之一而终止试验时，锚索极限承载力标准值取破坏前一级的荷载值。若加载至最大试验荷载未达到以上终止试验的条件时，锚索极限承载力标准值取最大荷载值。3.4极限承载力标准当锚索试验数量为3根，各极限承载力值的最大差值小于30%时，取最小值作为锚索的极限承载力标准值；若最大值超过30%，应增加试验数量，按95%的保证概率计算锚索的极限承载力标准值。4锚固段岩石性能锚索施工过程中，对锚索锚固段中风化砂质泥岩的单轴抗压强度进行检测，得出其平均值为12.0MPa，变异系数为0.182，标准值为10.2MPa。锚固段岩石性能满足地勘提出标准值9.8MPa的要求。与此同时，对锚固砂浆同条件养护试件进行抗压强度试验，同条件养护砂浆强度大于设计强度的90%后，才进行本次基本试验。4.1锚固体不收敛试验根据现场试验加载情况，绘制A组3根锚索基本试验的荷载-位移曲线、荷载-弹性位移曲线、荷载-塑性位移曲线。1#锚索共进行了三个循环试验，加载至2120kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值1649kN为1#锚索极限承载力标准值（图3）。2#锚索共进行了三个循环试验，加载至2356kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值2120kN为2#锚索极限承载力标准值（图4）。3#锚索共进行了三个循环试验加载至2120kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值1649kN为3#锚索极限承载力标准值（图5）。4.2锚固结构极限承载力根据现场试验加载情况绘制B组3根锚索基本试验的荷载-位移曲线、荷载-弹性位移曲线、荷载-塑性位移曲线。4#锚索共进行了三个循环试验，加载至2120kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值1649kN为4#锚索极限承载力标准值（图6）。5#锚索共进行了三个循环试验，加载至2120kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值1649kN为5#锚索极限承载力标准值（图7）。6#锚索共进行了三个循环试验，加载至2120kN时，锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出，终止试验。取破坏荷载前一级的荷载值1649kN为6#锚索极限承载力标准值（图8）。4.3锚索极限承载力综合上述各根锚索基本试验，锚索的破坏形式均为锚头位移不收敛，锚固体从岩层中拔出。锚索的极限承载力值汇总，如表3所示。各根锚索极限承载力的最大差值为471kN，小于30%的极限承载力。故取最小值1649kN为锚索的极限承载力标准值。根据f对比A、B两组锚索的极限承载力标准值，印证了试验结果的准确性，可为边坡动态设计提供更准确可靠的参数，确保边坡支护工程的经济安全。5锚固体粘结试验。现场试