基于退化理念的地下工程锚固体力学性能演化规律

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岩土锚固工程的长期稳定性是当前的研究热点,是影响锚固体工程服役期间安全性能的关键问题之一。在岩土锚固工程的整个生命周期过程中,由于工作环境、荷载变化以及锚杆自身性能退化等不良因素的影响,锚固体的工作荷载会不断增加,力学性能会不断劣化,这严重影响岩土锚固工程的安全稳定性。因此,研究掌握岩土锚固工程的长期稳定性能具有重要的现实意义。本文以锚固体为研究对象,采用室内模拟试验的方法,依据退化理念用酸溶液来腐蚀锚固体和锚杆,模拟工程现场锚固体力学性能劣化的状况,利用酸溶液及其导管来模拟锚固体所受到的腐蚀环境,利用酸溶液浓度以及所腐蚀锚杆数量来模拟锚固体的损伤劣化程度,进而研究地下工程锚固体随着腐蚀条件变化的力学性能劣化规律,具体研究过程如下:首先,自主设计了一套测试化学腐蚀-蠕变条件下锚固岩体内外变形特征的试验系统,并利用岩土相似材料制作岩土锚固体试样;根据试验设计对制备好的试样进行酸溶液的腐蚀,利用腐蚀溶液浓度、腐蚀锚杆数量以及腐蚀时间的不同来模拟锚固体的力学性能劣化过程,在锚固体试样周围粘贴水平与垂直加载方向的电阻应变片,以此来获取锚固体在腐蚀环境条件下的应变数据。其次,在试样表面进行散斑处理,同时利用高速摄像机获取试验过程中的特征图片,实现试样表面应变的全断面测量,并利用数字图像相关(DIC)方法与MATLAB对特征图片进行计算分析。最后,通过分析力学性能劣化程度不同的锚固体蠕变应变变化规律,得出腐蚀环境条件下的地下工程锚固体蠕变特性及其演化规律,从而得出基于退化理念的地下工程锚固体力学性能演化规律。研究结果表明:(1)腐蚀环境条件会对锚固岩体造成一定程度的损伤,蠕变试验过程中,在腐蚀时间与腐蚀锚杆数量相同的情况下,腐蚀溶液浓度越大,试样的应变变化也就越大,锚固体的损伤程度也随着腐蚀溶液浓度的提高而增大。(2)锚固体的损伤程度会随着腐蚀时间的增加而增大,进行腐蚀处理后的锚固体的抗压强度明显小于无腐蚀锚固体,且随着腐蚀时间的不断增长,锚固体的损伤效果已经从试样应变变化较大转变为试样不同荷载阶段的破坏。(3)在锚固体腐蚀时间相同的情况下,利用相同岩石相似材料所制成的抗压强度相同的锚固体试样,在蠕变试验过程中,腐蚀锚杆数量的影响要大于腐蚀溶液浓度的影响。(4)当腐蚀溶液浓度达到一定程度且腐蚀时间相对较长时,腐蚀时间对锚固体力学性能劣化的影响已经远远大于腐蚀锚杆数量和腐蚀溶液浓度的影响。(5)腐蚀环境条件下的锚固岩体蠕变,试样下部的应变一般要大于试样上部的应变,且本组试样在加载过程中产生的破坏多呈劈裂破坏,基本上都是沿着应变云图的趋势所产生裂缝,随着裂缝的延伸、扩散产生剪切破坏。研究结果可为岩土锚固工程的长期稳定性和受腐蚀环境条件影响的锚固体蠕变特性研究提供参考。
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