[发明专利]一种通过研究膨胀性粘结材料在锚杆灌浆中的特性进行锚杆灌浆参数优化设计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土锚固领域，尤其是一种通过研究膨胀性粘结材料在锚杆灌浆中的特性进行锚杆灌浆参数优化设计的方法。

背景技术

岩土锚固是岩土工程领域中最重要的锚固手段之一。岩土锚固已在我国边坡支护，基坑支护，矿井开挖支护，隧洞及地下工程稳定，以及坝肩稳定支护，航道，水库，机场，抗倾，抗浮结构等工程建设中获得广泛应用，并且具有其他加固方式难得取代的优势。岩土锚固技术是通过埋设在岩土体中的锚杆，将结构物与岩土体紧紧地锚固在一起，依赖锚杆和岩土体的抗剪强度传递结构物的拉力或使岩土体自身的不稳定部分得到加固，以保持锚固系统(岩土体，灌浆体，锚杆杆体和这些介质之间的界面)的稳定。

实际工程中的岩体内部，往往有地应力存在，特别是埋深较大，地质构造较为复杂的地区，往往存在较大的地应力，锚杆往往受到地应力的径向围压的作用，研究注浆锚杆在径向围压作用下的破坏规律及作用机理，探究如何利用岩体的围压作用，提高锚杆的抗拔力具有重要意义。另外，在利用岩体自身围压的作用同时，采用具有膨胀性的水泥浆代替无膨胀性的水泥浆，一方面消除了水泥浆干缩性对抗拔力的影响，另一方面，在钻孔周围强大围压的作用下，锚固水泥浆膨胀性被限制，则水泥浆会对对锚杆和孔壁产生较大的径向压力，这种压力对提高锚杆的抗拔力具有重要作用。

一般来说，钻孔附近的的围岩一般承受较大的地应力，倘若在埋深较大的工程中，地应力遵循海姆(Heim)法则，即在深部岩体中，地应力呈现出类似于静水压力，即在各个方向上地应力是相同的，所以，钻孔附近围岩承受着地应力的外压力和膨胀性水泥的内压力，这一方面保证了围压不会因膨胀力而破坏，同时增大了锚固浆体与围岩之间的摩擦力。其次，因膨胀而产生的径向力，对锚杆具有较大的嵌固作用，特别是应用带肋钢筋作为锚杆时，这种嵌固作用更加明显。所用膨胀性水泥是由水泥，膨胀性物质(高铝水泥，氧化钙，氢氧化钙及钙加上封闭剂等物质)混合而成调配成的混合物，该混合物在适当的配比下生成具有膨胀性的钙凡石，该物质性质稳定，强度高，在一定围压作用下自体较难破坏。

现阶段，膨胀剂作为水泥中的添加剂，主要作用还是用于补偿混凝土的收缩，以及产生微量的自膨胀应力，所以其膨胀率非常有限，常常在10^-6到10^-4级别。对于大膨胀率(10^-3到10^-1的膨胀率)的水泥浆，现阶段研究的极少，特别是在水泥浆中添加一定量的膨胀剂，并在周围限制其膨胀，利用约束作用使其产生膨胀力，并加以利用的工程更是极为少见。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过研究膨胀性粘结材料在锚杆灌浆中的特性进行锚杆灌浆参数优化设计的方法，可以解决在在锚杆设计和施工中未对膨胀性粘结材料的特性进行研究的问题，优化了锚杆，为膨胀性粘结材料在锚杆设计和施工中的应用提供了重要的依据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种通过研究膨胀性粘结材料在锚杆灌浆中的特性进行锚杆灌浆参数优化设计的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：确定锚杆灌浆工程所用的岩体类型；

步骤2：采用有限元软件行对步骤1所确定的岩体进行数值模拟，确定上述岩体适用的膨胀率变化范围，得到其适用的最优膨胀率；

步骤3：配制不同膨胀剂掺量的膨胀性粘结材料,通过室内配合比调配试验，绘制出膨胀性粘结材料不同膨胀剂掺量与膨胀率之间的变化曲线，

膨胀剂掺量＝膨胀剂质量/(膨胀剂质量+水泥质量)×100％，

步骤4：在室外制作模型试件，并采用加压设备，模拟现场锚固段围岩围压，采用不同膨胀剂掺量的膨胀性粘结材料作为锚杆锚固体，在不同的注浆孔孔径以及不同的锚杆锚固长度下进行锚杆抗拔力试验，得到不同膨胀剂掺量、不同注浆孔孔径以及不同的锚固长度下的锚杆抗拔力数据，根据数据绘制出不同的注浆孔孔径下，膨胀性粘结材料不同膨胀剂掺量下以及不同的锚固长度下极限抗拔力变化曲线；

步骤5：进行锚杆灌浆参数优化设计，步骤为：

步骤5-1：根据步骤3得到的膨胀性粘结材料不同膨胀剂掺量与膨胀率之间的变化曲线，得到与步骤4-1的的最优膨胀率对应的膨胀性粘结材料膨胀剂掺量；

步骤5-2：将原设计参数：锚杆锚固长度、注浆孔设计孔径以及膨胀性粘结材料设计膨胀剂掺量代入步骤3绘制的曲线进行判断，看是否为最优方案，若不是最优方案，则根据步骤3绘制的曲线数据对设计参数进行重新设计，从而实现锚杆灌浆参数的优化设计。

步骤2的方法为：