岩土工程试验

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：岩土工程试验教师：阴可姓名：学号：专业:土木工程类别：学术

上课时间：2016年5月至2016年6月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师（签名）锚杆拉拔试验计划书一、概述锚杆是将拉力传递到稳定岩层或土层的锚固体系。它通常包括杆体(由钢筋、特制钢管、钢绞线等筋材组成)、注浆体、锚具、套管和可能使用的连接器。当采用钢绞线或高强度钢丝束作杆体材料时可称锚索。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。当锚杆杆体受到外力作用时，拉力首先通过杆体与周边的锚固体之间的握裹力将力传递到锚固体，然后再通过锚固体与周边岩土体之间的粘结力将力传递到周边锚固土层中。进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔抗拉试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求。故锚杆抗拔试验对于工程安全有着重要的的意义，本文将针对锚杆工程进行锚杆拉拔试验作出一个实施计划。根据试验目的不同，锚杆的拉拔试验有基本试验、蠕变试验和验收试验。锚杆的基本试验(又称为破坏性试验)是在锚固工程开工前为了检验设计锚杆性能所进行的锚杆破坏性抗拔试验，其目的是为了确定锚杆的极限承载力，检验锚杆在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，及时发现锚索设计施工中的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。岩土锚杆的蠕变是导致锚杆预应力损失的主要因素之一。工程实践表明，塑性指数大于17的土层、极度风化的泥质岩层，或节理裂隙发育张开且充填有粘性土的岩层对蠕变较为敏感，因而在该类地层中设计锚杆时，应充分了解锚杆的蠕变特性，以便合理地确定锚杆的设计参数和荷载水平，并在施工中采取适当的措施，控制蠕变量，从而有效控制预应力损失。锚杆验收试验是在锚固工程完工后，为了检验所施工的锚杆是否达到设计的要求而进行的检验性抗拔试验，该试验起到鉴别工程是否符合要求的目的。本文将主要针对锚杆拉拔基本试验进行设计。二、试验目的鉴于锚杆的工作内容，通过锚杆拉拔试验确定锚固体与边坡岩体之间的粘结性能。三、实验原理

锚杆锚固力的计算方法随锚固体形式不同而异，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周

围地层的摩擦力提供；而端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层的

摩擦力提供。对于圆柱型锚杆，锚杆的极限锚固力可按下式计算(1):(1)式中：L—锚固体长度；d—锚固体直径；qs—锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度。基本试验最大试验荷载不应小于预估破坏荷载，且最大试验荷载下锚杆杆体应力不

应超过杆体极限强度标准值的倍。为得出锚固体的极限抗拔力，必要时可加大杆体的截

面面积。基本试验对锚杆施加循环荷载是为了区分锚杆在不同荷载作用下的弹性位移和

塑性位移，以判断锚杆参数的合理性和确定锚杆的极限拉力。通过试验分级单循环加载，根据结果绘制锚杆的荷载-位移（Q-s）曲线、荷载■弹性

位移（Q-se）曲线和荷载-塑性位移（Q-sp）曲线。并对试验锚杆所得数据进行处理，得

到，锚固体与边坡岩体的粘结性能。四、试验前的准备工作1、确定试验小组成员、组长，制定工作计划，分配任务。实验小组共四名成员，应具备岩土工程的基础知识，有良好的组织协调和团队合作

的能力，人员结构要求至少包含两名有相关试验经验的人员。试验小组成立后，利用半

天的时间让小组成员学习大面积直剪试验及在试验过程中应该注意的事项。制定工作计

划以及分配任务，如表1所示。表1试验进度及人员安排计划表试验名称：试验组长：序号项目时间（天）负责人员1现场调查，收集资料1A、B、C2讨论试验的具体事宜制定试验方案1全部人员3现场准备试验设备1--2B、D4制备试样、安装试验设备、加载及记录数据1全部人员5卸载与仪器拆除B、D6数据资料整理B7撰写试验报告C8审核试验报告A、B2、试验仪器设备的准备。本试验需要的仪器设备如表2所示表2锚杆拉拔试验仪器设备表序号设备名称规格或型号单位数量备注一、试样制备设备1地质描述仪器套12人工开挖工具套13安装工具扳手、钳子、小锤套1二、加载设备4液压千斤顶额定吨位10T个3一个备用5反力梁700mmX700X1500mm套1中间有孔6支座套27钢板700X700X30mm块2一个备用注：以上仪器设备在试验前均需要校准核攵实，确保［正常安全工作。3、收集锚杆边坡地质资料和设计资料。五、试验步骤1、按下列要求选择3组试验试件：确定该试验锚杆的基本情况(未采用新工艺、新材料或新技术；无锚固工程经

验的岩土层内的锚杆；一级边坡工程的锚杆)，按规范应进行锚杆轴力拉拔试验。锚杆抗拔试验应在锚固段注浆固结体强度达到15MPa或达到设计强度的75%后进行；该边坡釆取C25，故去强度达到19MPa时开始试验。锚杆试验的主要目的是确定锚固体与岩土体的摩阻强度和验证锚杆设计参数及施工工艺是否合理性，因而锚杆的破坏应控制在锚固体与岩土体之间。选定锚杆的位置在边坡上应有代表性。试验锚杆宜在自由段与锚固段之间设置消除自由段摩擦阻力的装置。2、设备安装在安装仪器设备之前，应将加载设配固定的场地进行处理；平整试验场地并调整锚杆的方向安装千斤顶和固定横梁

安装如图1安装好千斤顶，并固定好横梁。图1安装测量系统安装好压力表和百分表，并注意调零。3、加载方法基本试验釆用分级单循环加载法；加卸荷前后均应立即测读变形量。观测时间(min)55510555加载初始荷载第一次循环103010增量As*fptk(%)第二次循环10203040302010第三次循环10304050403010第四次循环10405060504010第五次循环10506070605010第六次循环10607080706010加载过程卸载过程初始荷载下，应测读锚头位移基准值3次，当每间隔5分钟的读数相同时，方可作

为锚头位移基准值；在每级荷载观测时间内，当锚头位移增量不大于时，可施加下一级荷载；否则应延

长观测时间，并应每隔30min测读锚头位移1次，当连续两次出现1h内的锚头位头位移

增量增量小于时，可施加下一级荷载；加至最大试验荷载后，当未出现规定的终止加载情况，且继续加载后的锚杆杆体应力不超过其极限标准值的倍时，宜继续进行下一循环（级）加载，加卸载的荷。如试验中遇到下列情况之一时，应终止继续加载：从第二级加载开始，后一级荷载产生的锚头位移增量大于前一级荷载产生的位移增

量的2倍；锚头位移不收敛（锚头位移持续增长）；锚杆杆体破坏；锚头总位移超过设计允许的位移值。六、试验方法试验锚杆，当极限抗拔承载力的极差不超过其平均值的30%时，锚杆极限抗拔承载力

标准值可取平均值；当极差超过平均值的30%时，宜增加试验锚杆数量并查明过大的原

因（锚杆施工、杆体质量、地质条件差异等），根据极差过大原因，按实际情况重新进行

统计后确定锚杆极限抗拔承载力标准值。（1）在指定部位钻锚杆孔。孔深在正常深度的基础上稍作调整，以便锚杆外露长度大

些，保证千斤顶的安装；（2）安装待测锚杆，用砂浆将锚杆口部抹平，以便支放承压垫板；（3）根据锚杆的种类和试验目的确定拉拔时间。（4） 在锚杆尾部加上垫板，套上中空千斤顶，将锚杆外端与千斤顶内缸固定在一起，并装设位移量测设备与仪器。（5） 通过手动油压泵加压，从油压表读取油压，根据活塞面积换算锚杆承受的拉拔力。

视需要从千分表读取锚杆尾部的位移，绘制锚杆拉力一位移曲线，供分析研究。注意事项：（1）安装拉拔设备时避免偏心受拉：（2）加载应匀速，一般以10kN/mirI的速率增加；（3）如无特殊需要，可不做破坏性试验；（4）千斤顶应固定牢靠，并有必要的安全保护措施。七、测量方案为便于求出水平力和位移曲线的峰值，在施加水平力的过程中，在试块尚无出现位移

（位移量极微）之前，水平力每增加（P为垂直荷载的总量）观察水平位移一次；当试

块处于开始位移状态时，水平力每增加~，观察一次位移；当试块处于位移状态中，水平

力每增加或下降，观察一次位移。如水平力保持不变，而位移继续增大，是否观测位移，

根据时间要求酌情考虑。荷载量测可用放置在千斤顶上的测力计、力传感器直接测定；也可采用并联于千斤顶油路的压

力表或压力传感器测定油压力，根据千斤顶及其示值仪表的校准方程换算荷载。测力计、

力传感器、油压传感器的测量误差应不大于1%；合理选择其量程，使最大检测荷载不大

于其量程的80%，且不小于其量程的50%。压力表精度应优于级，最大检测荷载不大于其

量程的80%，且不小于其量程的50%。位移测量位移测量仪表宜采用大位移传感器或大量程百分表（大于30mm），并应符合下列规定：

1•测量误差不大于%FS,分辨率高于或等于；固定和支承位移测量仪表的夹具及基准梁、基准桩应避免气温、振动及其它外界因素的影响。八、安全措施（人、设备）1、锚杆拉拔计在试验过程中应固定牢靠。2、锚杆拉拔时应缓慢地逐级均匀加载，直到锚杆滑动或杆体破坏为止，并作详细

记录。3、拉拔锚杆时，拉拔装置下方和两侧不得站人。

4、拉拔时设专人监视顶板，以保证操作人员安全。5、测试锚杆按规定比例测试，选择好测试点，不能做破坏性试验。6、拉拔时严禁有人通过，两边放好警戒，以防止工具脱落伤人。7、测试后要将锚杆螺母拧紧，保管好设备。8、所有人员进入试验现场都应带好安全帽，做好保护工作。9•反力支座应牢固、稳定，且其内边缘距离锚杆的距离应根据试验对象不同而不同；10.为方便试验结束后退出锚具，应在试验前使千斤顶活塞伸出合适距离；11•锚杆外端顶截面应垂直于锚杆轴线，且顶面光滑平整；12.位移测量设备的测量头应紧贴在锚杆外端截面，测量杆应与锚杆轴线一致，开始加荷前或调整位移测量设备后应有一定的初读数（一般为5-10mm）。13.试验前应进行如下检查：千斤顶与锚杆二者轴线应相同，基准桩、基准梁、位

移测量设备是否牢稳，轻击基准梁位移测量设备示数是否符合正确的变化规律，压力指

示表是否为零。九、计算和记录表格1.锚杆极限抗拔试验结果宜按荷载与对应的锚头位移列表整理。分级单循环加载试验应绘制锚杆的荷载-位移（Q-s）曲线、荷载-弹性位移（Q-se）

曲线和荷载-塑性位移（Q-sp）曲线。锚杆的位移不应包括试验反力装置的变形。（理解:

这就要求基准桩的位置要不受锚杆上拔和反力支座下沉的影响。）

当基准桩必须设置在和反力支座所在同一平面时，其距离支座最近边缘不得

小于3倍的支座边长或直径。逐级加载试验应绘制锚杆的荷载-位移（Q-s）曲线。大致

如下图2：图2锚杆荷载-位移（Q-S）曲线

图3锚杆荷载-弹性位移和锚杆荷载-塑性位移曲线2.基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论伸长量的80%，且应小于自由段与1/2锚固段长度之和的理论伸长量。记录表格见附表1。十、试验总结和分析1.在试验结束后，及时进行数据处理和结果分析，综合平评定锚杆体系中锚固体与

边坡岩体之间的粘结性能。2.及时分析试验中出现的问题，并分析由此可能给实验结果带来了影响。综合分析影响试验的因素，并对实验结果进行综合评价。总结试验，纪录试验的不足和改进方法，并总结自己在试验中的收获。十一、参考文献《锚杆的基本知识与抗拔承载力试验》贾保江GB50021-2001《岩土工程勘察规范》《工程地质手册》（第三版）中国建筑工业出版