• ISSN 0258-2724
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玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究

冯君 赖冰 张圣亮 王铎 刘渊

冯君, 赖冰, 张圣亮, 王铎, 刘渊. 玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1193-1200. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200874
引用本文: 冯君, 赖冰, 张圣亮, 王铎, 刘渊. 玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1193-1200. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200874
FENG Jun, LAI Bing, ZHANG Shengliang, WANG Duo, LIU Yuan. Laboratory Pull-Out Test Study of Basalt Fiber Reinforced Polymer Bolt for Strengthening Mixed Soil[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1193-1200. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200874
Citation: FENG Jun, LAI Bing, ZHANG Shengliang, WANG Duo, LIU Yuan. Laboratory Pull-Out Test Study of Basalt Fiber Reinforced Polymer Bolt for Strengthening Mixed Soil[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1193-1200. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200874

玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200874
基金项目: 四川省重点研发计划(2020YFG0123,2021YFS0323);四川省交通运输科技项目(2021-A-02)
详细信息
    作者简介:

    冯君(1977—),男,副教授,博士,研究方向为岩土工程, E-mail:fengjun4316@163.com

  • 中图分类号: TU45

Laboratory Pull-Out Test Study of Basalt Fiber Reinforced Polymer Bolt for Strengthening Mixed Soil

  • 摘要:

    玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)质量轻、强度高、耐久性好,将该材料用作锚杆可有效解决传统钢筋锚杆的腐蚀问题,在恶劣环境下的工程建设中具有广阔的应用前景. 本文以广泛存在于西南山区的崩坡积混合土为对象,通过室内拉拔试验研究了锚杆类型、锚杆直径、锚固长度以及灌浆体直径等因素对极限拉拔荷载和界面剪应力的影响,并对锚固体系的破坏模式以及应力分布规律进行了分析. 研究结果表明:混合土中BFRP锚杆破坏模式均为沿灌浆体与土体界面的剪切破坏,BFRP锚杆与钢筋锚杆的抗拔承载性能基本一致,实际工程可以使用BFRP锚杆直接替代钢筋锚杆;BFRP锚杆拉拔荷载位移曲线呈三阶段形式,弹性临界荷载为极限荷载的20% ~ 28%,试验条件下锚杆的极限承载力与锚固长度、灌浆体直径成正比关系;灌浆体环向裂缝使锚杆的轴向应力沿杆体呈单峰形式分布,同时使锚固段前部的应力集中程度降低;混合土中灌浆体直径越大则界面强度越低,直径从90 mm增大为110 mm,界面强度降低约8%.

     

  • 图 1  试验装置

    Figure 1.  Test device

    图 2  粒径级配曲线

    Figure 2.  Grain size distribution curves

    图 3  测点布置

    Figure 3.  Measuring points layout

    图 4  试验B16A1.2G70灌浆体裂缝

    Figure 4.  Grouting bond cracks in test B16A1.2G70

    图 5  FRP锚固系统典型破坏形式

    Figure 5.  Typical failure modes of FRP anchorage system

    图 6  锚固系统的破坏形式

    Figure 6.  Failure modes of anchorage systems

    图 7  典型荷载-位移曲线

    Figure 7.  Typical load-displacement curves

    图 8  锚杆轴向应力分布

    Figure 8.  Axial distribution of anchor normal stress

    图 9  灌浆体轴向应力分布

    Figure 9.  Axial distribution of grouting body normal stress

    图 10  锚杆直径的影响

    Figure 10.  Influence of bolt diameter

    图 11  锚固长度的影响

    Figure 11.  Influence of anchorage length

    表  1  锚杆力学参数

    Table  1.   Mechanical parameters of bolts

    类别直径/
    mm
    弹模/
    GPa
    密度/
    (kg·m−3
    抗拉强度/
    GPa
    极限
    应变/%
    钢筋1620078500.4>10.0
    BFRP125019401.12.20
    BFRP164820501.02.08
    BFRP204520200.92.08
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    表  2  物理力学参数

    Table  2.   Physical and mechanical parameters

    类别密度/
    (kg·m−3
    黏聚力/kPa摩擦角/(º)含水率/%
    原状土 ①184024.938.920.2
    原状土 ②181023.139.916.8
    原状土 ③180031.835.016.6
    试验土185020.540.48.0
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    表  3  试件方案参数

    Table  3.   Specimen parameters

    杆型方案杆名锚杆
    直径
    /mm
    锚固
    长度
    /m
    锚杆
    总长
    /m
    灌浆体
    直径
    /mm
    BFRP1B12A0.8G90120.81.290
    2B12A1.2G90121.21.690
    3B12A1.6G90121.62.090
    4B16A0.8G90160.81.290
    5B16A1.2G70161.21.670
    6B16A1.2G90161.21.690
    7B16A1.2G110161.21.6110
    8B16A1.6G90161.62.090
    9B20A0.8G90200.81.290
    10B20A1.2G90201.21.690
    11B20A1.6G90201.62.090
    12S16A1.2G90161.21.690
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    表  4  拉拔试验结果

    Table  4.   Experimental results of pullout test

    杆名极限拉拔
    荷载/kN
    第一界面平均
    剪应力/kPa
    第二界面平均
    黏结强度/kPa
    B12A0.8G903.0100.613.4
    B12A1.2G904.088.711.8
    B12A1.6G904.981.210.8
    B16A0.8G903.177.913.9
    B16A1.2G903.964.911.5
    B16A1.2G703.355.212.6
    B16A1.2G1104.473.110.6
    B16A1.6G904.657.210.2
    B20A0.8G903.366.214.7
    B20A1.2G904.255.812.4
    B20A1.6G904.544.810.0
    S16A1.2G904.168.212.1
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    表  5  锚杆类型的影响

    Table  5.   Influence of anchor type

    锚杆类型平均黏结
    强度/kPa
    极限拉拔
    荷载/kN
    第一界面
    剪应力/kPa
    B1611.543.9264.92
    S1612.124.1168.17
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    表  6  极限拉拔荷载增幅

    Table  6.   Increasing range of ultimate pullout load %

    荷载 B12G90 B16G90 B20G90
    A0.8 → A1.2A1.2 → A1.6A0.8 → A1.2A1.2 → A1.6A0.8 → A1.2A1.2 → A1.6
    增幅32.321.9 25.017.5 26.57.0
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    表  7  灌浆体直径的影响

    Table  7.   Influence of grouting body diameter

    灌浆体直径平均黏结
    强度/kPa
    极限拉拔
    荷载/kN
    第一界面
    剪应力/kPa
    G7012.613.3355.19
    G9011.543.9264.92
    G11010.624.4173.05
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  • [1] 张景科,谌文武,和法国,等. 土遗址加固中GFRP锚杆锚固性能现场试验研究[J]. 工程地质学报,2014,22(5): 804-810. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2014.05.005

    ZHANG Jingke, CHEN Wenwu, HE Faguo, et al. Field experimental study on anchorage perfromance of gfrp at conservation earthen sites[J]. Journal of Engineering Geology, 2014, 22(5): 804-810. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2014.05.005
    [2] 王洋,冯君,李珈瑶,等. FRP锚杆在岩土锚固中的研究进展[J]. 工程地质学报,2018,26(3): 776-784. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2017-139

    WANG Yang, FENG Jun, LI Jiayao, et al. Advance of frp anchor bolts in geotechnical anchoring[J]. Journal of Engineering Geology, 2018, 26(3): 776-784. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2017-139
    [3] 吴刚,朱莹,董志强,等. 碱性环境中BFRP筋耐腐蚀性能试验研究[J]. 土木工程学报,2014,47(8): 32-41. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2014.08.029

    WU Gang, ZHU Ying, DONG Zhiqiang, et al. Experimental study on the corrosion resistance performance of BFRP bars in the alkaline environment[J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(8): 32-41. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2014.08.029
    [4] 朱颖,魏永幸,蒋登伟,等. 复杂艰险山区高速铁路减灾选线设计研究[J]. 高速铁路技术,2020,11(2): 7-11,26.

    ZHU Ying, WEI Yongxing, JIANG Dengwei, et al. Research on route selection design of high-speed railway for disaster reduction in complex and dangerous mountain[J]. High Speed Railway Technology, 2020, 11(2): 7-11,26.
    [5] 贾毅,赵人达,李福海. 高温及围岩粗糙度对锚杆灌浆料抗拔强度影响的试验研究[J]. 铁道学报,2017,39(6): 141-149. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2017.06.019

    JIA Yi, ZHAO Renda, LI Fuhai. Experimental study on influence of high temperature and roughness of surrounding rock on tensile strength of bolt grouting material[J]. Journal of the China Railway Society, 2017, 39(6): 141-149. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2017.06.019
    [6] 崔凯,王东华,谌文武,等. 基于SH-(C + F)浆液锚杆锚固性能与机理研究[J]. 工程地质学报,2017,25(1): 19-26.

    CUI Kai, WANG Donghua, CHEN Wenwu, et al. Performance and mechanism of bolts fully grouted with SH-(C + F) slurry[J]. Journal of Engineering Geology, 2017, 25(1): 19-26.
    [7] 王洋. BFRP砂浆锚杆锚固机理现场试验研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2018.
    [8] 吴芳. 玄武岩纤维筋与混凝土粘结性能试验研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2009.
    [9] WANG H L, SUN X Y, PENG G Y, et al. Experimental study on bond behaviour between BFRP bar and engineered cementitious composite[J]. Construction and Building Materials, 2015, 95: 448-456. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.135
    [10] DONG Z Q, WU G, ZHAO X L, et al. A refined prediction method for the long-term performance of BFRP bars serviced in field environments[J]. Construction and Building Materials, 2017, 155: 1072-1080. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.154
    [11] 张绍逸. 玄武岩纤维筋与混凝土粘结锚固性能试验研究[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2013.
    [12] 李国维,黄志怀,张丹,等. 玻璃纤维增强聚合物锚杆承载特征现场试验[J]. 岩石力学与工程学报,2006,25(11): 2240-2246. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.11.012

    LI Guowei, HUANG Zhihuai, ZHANG Dan, et al. Field test on load-bearing character of glass fiber reinforced polymer bolt[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(11): 2240-2246. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.11.012
    [13] 曾宪明,林大路,李世民,等. 锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究[J]. 岩石力学与工程学报,2009,28(增2): 3609-3625. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2009.z2.046

    ZENG Xianming, LIN Dalu, LI Shimin, et al. Comprehensive research of critical anchorage length problem of rod of anchorage structure[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009, 28(S2): 3609-3625. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2009.z2.046
    [14] 张乐文,汪稔. 岩土锚固理论研究之现状[J]. 岩土力学,2002,23(5): 627-631. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2002.05.022

    ZHANG Lewen, WANG Ren. Research on status quo of anchorage theory of rock and soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2002, 23(5): 627-631. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2002.05.022
    [15] 吕东. 粗颗粒含量对川西崩坡积混合土静、动强度特性的影响研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017.
    [16] 傅华,韩华强,凌华. 堆石料级配缩尺方法对其室内试验结果的影响[J]. 岩土力学,2012,33(9): 2645-2649. doi: 10.16285/j.rsm.2012.09.030

    FU Hua, HAN Huaqiang, LING Hua. Effect of grading scale method on results of laboratory tests on rockfill materials[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(9): 2645-2649. doi: 10.16285/j.rsm.2012.09.030
    [17] 郭万里,朱俊高,温彦锋. 对粗粒料4种级配缩尺方法的统一解释[J]. 岩土工程学报,2016,38(8): 1473-1480. doi: 10.11779/CJGE201608015

    GUO Wanli, ZHU Jungao, WEN Yanfeng. Unified description for four grading scale methods for coarse aggregate[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2016, 38(8): 1473-1480. doi: 10.11779/CJGE201608015
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-12
  • 修回日期:  2021-05-18
  • 网络出版日期:  2022-07-18
  • 刊出日期:  2021-05-20

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