循环荷载作用下拉力型岩土预应力锚界面粘结劣化的宏细观机理研究

拉力型岩土预应力锚固结构广泛应用于高陡边坡等大型岩土加固工程中。本研究通过室内宏观循环加载试验，探寻循环动荷载对其内锚固段界面粘结劣化性能的影响，建立荷载变幅、注浆体强度及循环加载次数等因素与粘结劣化深度的定量关系，揭示界面粘结劣化的宏观规律；在此基础上，利用先进的显微数码摄像可视化跟踪技术揭示界面粘结劣化过程中锚固体各细观组构的演化规律、界面裂纹萌生、分布及发展规律，为内锚固段界面粘结劣化的细观机理分析和颗粒流数值仿真模拟奠定试验基础。基于颗粒离散元与动力学耦合建模技术，开发用于循环荷载作用下拉力型岩土预应力锚界面粘结劣化性能分析的细观数值仿真平台，揭示循环荷载作用下界面粘结劣化的细观力学机理，建立宏-细观力学量之间的对应与关联。研究成果可为动荷载作用下岩土预应力锚界面粘结劣化机理的研究提供新方法，还能为岩土预应力锚固结构滑移、破坏与长期耐久性分析等实际工程问题提供细观力学解释。

拉力型岩土预应力锚固结构以其诸多优点广泛应用于高边坡、深基坑、大坝等岩土加固工程中。课题首先通过室内宏观循环加载试验，对拉力型岩土预应力锚固结构在循环荷载作用下的界面粘结劣化性能进行了研究，试验考虑了应力水平、注浆体强度、荷载变幅、围岩体强度及锚固长度等影响岩土预应力锚固结构界面粘结劣化性能的多种因素，分析了界面粘结劣化过程中杆体轴向应变、杆体与注浆体以及注浆体与围岩体界面剪应变的分布及演化规律，建立了粘结劣化深度与注浆体强度、荷载变幅及循环加载次数的定量关系，揭示了界面粘结劣化的宏观规律。以此为基础，通过预应力锚杆半模循环加载试验，利用数码摄像可视化跟踪技术和数字图像处理技术对杆体与注浆体界面砂颗粒细观组构的演化规律、颗粒运动规律及界面裂纹萌生、发展规律进行了分析，为界面粘结劣化的细观机理研究奠定了试验基础。基于颗粒离散元理论及PFC2D程序，建立了循环加载下界面粘结劣化性能分析的细观数值分析模型，分析了界面粘结劣化过程中颗粒宏观力学参数及细观组构的演化规律，探讨了初始组构对界面粘结裂化性能的影响，建立了宏-细观物理力学量之间的关联。本项目研究成果不仅为岩土预应力锚固结构界面粘结劣化机理的研究提供了新的思路，而且还可为实际工程中岩土预应力锚固结构内锚固段长期耐久性研究提供重要的理论指导。