復合材料土釘支護性能試驗分析與應用研究.pdf

1、土釘支護技術廣泛應用于深基坑支護工程中，用鋼筋作為土釘支護材料，其高強度的優(yōu)勢沒有完全發(fā)揮。對于基坑和有些巖土加固屬于臨時工程，在其使用壽命結束后，每年有數百萬噸的鋼筋材料被永久埋于地下，造成建材資源大量浪費，侵占、影響地下空間的后續(xù)利用，更重要的是會產生銹蝕污染，對土壤與地下水環(huán)境造成長遠影響。本文結合住房和城鄉(xiāng)建設部“十一五”科技支撐計劃“地下開挖工程巖土加固關鍵技術”之子課題“復合材料土釘支護技術研究與示范”，選用輕質高強玻璃纖維

2、復合材料（GFP）土釘與可拆卸木塑復合材料（WPC）面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋土釘與網噴混凝土面層，通過室內試驗對GFP材料進行了力學性能分析與研究，對WPC面板進行了可拆卸設計，并根據土釘與面板的錨固特點進行了力學分析與驗算公式的推導，最后利用FLAC3D軟件對所提出的復合材料支護結構進行了仿真分析比較，驗證了復合材料土釘支護的可行性。主要研究結論如下：
　?。?）研究了構成復合材料的增強體、基體等的性質，采用了應用于土釘的復合材料—玻

3、璃纖維復合材料（GFP），分析了土釘支護技術的特點，對傳統(tǒng)的土釘材料鋼筋和玻璃纖維材料進行了簡單比較，纖維復合材料土釘具有抗腐蝕、高強度等鋼筋無法比擬的優(yōu)越特性，而價格方面玻璃纖維和鋼筋相差不大，提出玻璃纖維復合材料替代鋼筋是合理的，具有較理想的發(fā)展前景。
　?。?）選用螺紋表面直徑18 mm和25 mm的GFP桿體進行室內拉伸性能表明：螺紋GFP桿體初期的強度由基體承擔，而后期的強度全部由玻璃纖維體承擔。承載力會隨直徑增大而增大

4、，強度隨直徑增大而減小。對GFP桿體拉伸強度計算公式的修正系數K進行了取值選定，推薦K取0.75是較合理的。
　?。?）對GFP桿體面內剪切強度進行了理論分析和試驗，得到直徑18 mm和直徑25 mm的GFP桿體面內剪切強度基本相等。進一步論證了按照混合定律確定的理論公式不適用于該GFP材料。本文提出GFP桿體面內剪切強度需要考慮基體和纖維體的粘結力、基體的抗剪強度兩部分。對以上桿體進行了抗彎試驗，得到彎曲強度變化規(guī)律：桿體的直徑

5、越小，桿體所能承受的載荷越小。桿體的彎曲強度與直徑大小成反比，隨著直徑增大，彎曲強度卻減少，而且減少較快，從性能分析可知導致桿體破壞的并不是拉應力，而是在桿體中性軸以上產生的壓應力。同時研究論證了GFP桿體具有較強的耐酸、耐堿、耐鹽及耐凍融等抗腐蝕性能。
　?。?）通過試驗確定砂漿配比（水泥:砂:水）1:1.5:0.4最適合灌漿，直徑18 mm的GFP桿體拉拔承載力隨著砂漿強度等級提高而提高；直徑大小對粘結強度的影響不太明顯；當粘

6、結長度達到或超過臨界粘結長度時，隨著粘結長度的增加，平均粘結應力下降。
　?。?）比較了光面桿體和螺紋桿體的變形、與砂漿體的粘結應力等規(guī)律。表明螺紋桿體在受力過程中化學膠著力先發(fā)揮作用，然后是摩擦力發(fā)揮較大作用，最后是GFP桿體的螺紋與砂漿體之間的機械咬合力發(fā)揮作用，其中機械咬合力起主要作用。要切實反映螺紋GFP桿體與砂漿之間的粘結力，需要考慮三類力，因此粘結力理論計算式中需要有分別表示三類力的表達式。
　?。?）提出選用木

7、塑復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)網噴混凝土。研發(fā)了新型拼接式木塑復合材料土釘墻坡面防護面板，能方便地拼裝形成整齊、可密封的面板支護界面，在臨時支護工程完工之后能方便地拆卸下來，回收重復使用。并研發(fā)了土釘桿體與面板的錨固方式。提出了GFP土釘與WPC面板設計計算的各項指標及公式。
　?。?）應用FLAC3D對鋼筋土釘與GFP土釘進行了施工過程的仿真計算，計算表明GFP土釘所受到的力較鋼筋土釘要小且分布更均勻，變化規(guī)律有一定的區(qū)別。GFP土釘產生的