地震作用下岩体边坡锚固界面剪切作用研究

Rock anchorage is widely used in engineering projects due to its unique mechanical properties and sound effects. Unfortunately, intense earthquake can not only cause damage, even destruction, but also aggravate the erosion of water and stray current on bolts, which brings safety troubles to the slope anchorage. However, the pivotal problem, which is the shear interaction of rock slope anchorage interface under the action of earthquake, still remains unraveled so far. In this project, based on previous work and research experience, and according to the similarity principle, with the most widely used and most representative full column bolt anchorage rock slope as the prototype, the experimental model and the measurement system are established, the large-scale vibration table model experiment is conducted. In the experiment, seismic waves with horizontal, vertical, bidirectional excitation directions, and of different waveforms, amplitudes and spectra are loaded respectively. The shear strain on the rock slope anchorage interface, namely, the anchor-mortar interface and the mortar-aperture wall interface, are measured. Meanwhile, the acceleration and the displacement of the slope surface and the slope top are mearsured, and the deformation and cracking process is recorded. The shear interaction on the rock slope anchorage interface under the action of earthquake, and its relation with slope earthquake response are deeply studied. The simulation experiment, the numerical simulation and the earthquake damage survey are mutually verified. The rule of shear interaction on rock slope anchorage interface under the action of earthquake is revealed. The relation between anchorage interface shear interaction and slope earthquake response, and the role of anchor in resisting earthquake are studied.

岩体锚固因具有独特的力学性能和效果而获得广泛应用，但强烈地震将导致其损伤乃至破坏，并加剧水和杂散电流等对锚杆的侵蚀，给边坡锚固带来安全隐患。但至今人们仍未对地震作用下岩体边坡锚固界面上的剪切相互作用这一关键科学问题进行研究。本项目基于前期工作和研究经验，遵循相似原理，以应用最广且最具代表性的全长粘结锚杆锚固岩体边坡为原型，构建试验模型和量测系统，进行大型振动台模型试验，分别加载水平向、竖向、双向激振的不同波型、幅值、频谱地震波，量测岩体边坡锚固界面，即锚杆-砂浆界面、砂浆-孔壁岩体界面的剪应变；同时测试边坡坡面、坡顶的加速度和位移，并记录边坡变形开裂过程；深入研究地震作用下岩体边坡锚固界面上的剪切相互作用，并探究其与边坡地震响应的关系；实现模型试验、数值模拟和地震震害勘测相互印证；揭示地震作用下岩体边坡锚固界面剪切作用规律，了解锚固界面剪切作用与边坡地震响应的关系及其在边坡抗震中的作用。

岩土锚固具有结构巧、施工易、造价低、性能优、效果好的独特优势，因而在工程中获得广泛应用，在国民经济重大工程中发挥关键作用，但强烈地震将导致其损伤乃至破坏，给工程安全带来隐患。虽然人们已经对岩土锚固进行了大量研究，但由于岩土锚固中的岩土体极其巨大，而锚杆极小，砂浆层极薄，以及其结构特殊，使得无论是理论和数值模拟还是试验研究难度均很大，以致于至今人们仍未对地震作用下岩土锚固界面上的剪切相互作用这一岩土锚固中的根本和关键科学问题进行研究。本项目以应用最广且最具代表性的全长粘结锚杆锚固岩体边坡为研究对象，不仅进行了地震区受损锚固边坡的勘测及震害资料收集和分析，并进行了岩体锚固边坡地震响应的理论和深入系统的数值模拟分析研究，其中包括首次进行的锚固界面剪切作用研究，且遵循相似原理首次通过浇筑构建了大型锚固边坡相似试验模型，并建立了锚固界面应变量测系统、坡体和坡面加速度量测系统、坡面位移量测系统以及坡体试验现象摄影摄像系统，进行了振动台大型相似模型试验，分别加载水平向、竖向、双向激振的不同波型、幅值、频谱的地震波，首次测得了岩体边坡锚固界面的剪应变，同时测得了边坡坡体、坡面的加速度和位移，并记录了边坡变形开裂过程。深入系统地研究了锚固岩体边坡的动力特性和地震作用下的响应以及锚固界面剪切作用，并探讨了它们之间的关系；实现了锚固岩体边坡相似模型试验、数值模拟分析和地震震害现象研究的相互印证；首次分别通过数值模拟和试验获得了地震作用下两锚固界面上的剪切作用现象及其作用规律，深刻揭示了锚固岩体边坡的动力特性和地震作用下的动力响应、锚固机理以及锚固在边坡抗震中的作用。该项目研究不仅发展了研究方法，还将地震作用下岩体边坡锚固机理的研究带入了锚固界面相互作用新阶段，具有重要的理论意义；且为锚固岩体边坡稳定性分析、抗震设计、锚杆开发以及锚固施工提供了支撑；还为相关研究和工程提供了参考。