锚固长度对边坡加固荷载-位移关系的影响

1.加载频率

为了更好地研究加载周期（频率）对锚固体系承载变形能力的影响，将图2.9和图2.10进行了对比，对比结果如图2.17所示。

图2.17　同锚固深度（320 mm）、不同加载周期对比

观察图2.17可以看到，当加载周期减小后，锚固体的承载力下降。但体系承载力达到峰值后，加载频率较低的试件其承载下降反而更缓慢。由此可知对于相同的锚固深度，外荷载频率对锚固体的主要影响对象为：① 承载力峰值；② 峰值后下降段发展趋势（延性破坏的发展程度）。为了更直观地进行对比，选取了上述两组工况中典型加载等级进行分析，结果如图2.18和图2.19所示。从图2.18和图2.19的对比中可以看到：加载等级30和60处于弹性变形范围内；加载等级90接近塑性发展起始点；加载等级120处于峰值初始段；加载等级124处于峰值段与下降段间的过渡段；加载等级126则处于下降段（延性发展阶段）。图中各加载等级的荷载幅值汇总如表2.4和表2.5所示，试件1对应加载周期1 s，试件2对应加载周期0.5 s。

图2.18　试件1特定加载等级受力变形图

图2.19　试件2特定加载等级受力变形

表2.4　试件1特定加载等级荷载

表2.5　试件2特定加载等级荷载

弹性变形时期的试件1和试件2力学特性相似，继续提高加载等级，124级时的试件1和110、112级时的试件2应力应变关系曲线中产生了明显滞回圈，说明锚固体系产生了明显的塑性发展，体系的阻尼特性显著增强。加载频率对锚固体系延展性的影响也开始显现，试件1的位移增长速率明显小于试件2。为了详细分析重复荷载周期对体系的影响，对图2.17进行分析，绘制图中两组试件承载力-位移曲线的包络线，如图2.20所示。

图2.20　同锚固深度（320 mm）、不同加载周期包络线对比

观察图2.20可以看到，两组试件的荷载-位移曲线存在相同的变化规律，变化的过程均可分为4个阶段（OA ── 弹性阶段，AB ── 界面初期脱黏阶段，BC ── 界面脱黏发展阶段，CD ── 界面完全脱黏阶段），如图2.21所示。表2.6给出了试件1和试件2各阶段的临界荷载-位移对应值。

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图2.21　试验加载工况下试件荷载-位移的阶段

表2.6　两组试件临界荷载-位移对应值

注：表中荷载的单位符号为kN，位移的单位符号为 mm。

比较试件1和试件2各阶段的位移变形值与最终变形值之比可知，弹性阶段和初期脱黏阶段试件1、2的变形比例一致，分别为1%和5%，而脱黏发展阶段两者之比明显不同，分别为35%和49%。结合工程实践中安全性能控制标准，建议将锚固体系中锚杆与灌浆体之间的位移控制标准定为：对于重要结构取1%，对于一般结构取5%来设计锚杆的锚固力。

2.锚固深度

为了研究相同加载周期下，锚固长度对锚固体系承载变形能力的影响，选取加载周期0.5 s，锚固长度分别为160 mm、320 mm的两组试验结果进行对比，如图2.22所示。

图2.22　同加载周期（0.5 s）、不同锚固深度对比

从图2.22中可以看到，当锚固深度减小后，体系的峰值承载力几乎相同，但初始弹性阶段内系统的刚度不同。此外两组试件承载力达到峰值后的变形情况有较大差异，锚固深度为320 mm的试件在加载达到峰值后，承载力几乎不变直至位移发展到一定阶段；而锚固深度为160 mm的试件在加载达到峰值后，承载力下降较为迅速，并且最终破坏位移更大。由图2.21得到该两组试件的临界荷载-位移对应关系，如表2.7所示。

表2.7　两组试件临界荷载-位移对应关系

注：试件1对应锚固长度为320 mm，试件2对应锚固长度为160 mm；表中荷载的单位符号为kN，位移的单位符号为 mm。

锚固长度的不同明显影响了各阶段临界荷载-位移对应关系，试件1和试件2各阶段位移与最终位移值之比分别为1%、5%、49%和0.6%、9.8%、54%。将表2.7的规律与表2.6对比，发现加载周期主要影响体系的极限承载力和阶段B到C的位移，而锚固长度对体系的影响则体现在极限承载力和各阶段的位移上，甚至对试件的破坏位移产生了较明显的影响。

从图2.23所示的包络图中可以看到，在单调荷载与简化地震荷载两种加载工况下试件的极限承载力相近，在简化地震荷载作用下，体系的强度略高于单调荷载但是差异的幅度小于10%。两种加载工况下试件在达到极限承载力前的承载-变形情况相近，但试件按单调加载时，承载力达到峰值后迅速下降，位移增长较小；而在本章采用的简化地震荷载加载工况下，试件承载力下降较为缓慢但位移增长迅速。

图2.23　同锚固深度（240 mm）、单调荷载与简化地震荷载对比