復(fù)合材料土釘支護(hù)性能試驗分析與應(yīng)用研究.pdf

1、土釘支護(hù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于深基坑支護(hù)工程中，用鋼筋作為土釘支護(hù)材料，其高強(qiáng)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(jié)束后，每年有數(shù)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(fèi)，侵占、影響地下空間的后續(xù)利用，更重要的是會產(chǎn)生銹蝕污染，對土壤與地下水環(huán)境造成長遠(yuǎn)影響。本文結(jié)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部“十一五”科技支撐計劃“地下開挖工程巖土加固關(guān)鍵技術(shù)”之子課題“復(fù)合材料土釘支護(hù)技術(shù)研究與示范”，選用輕質(zhì)高強(qiáng)玻璃纖維

2、復(fù)合材料（GFP）土釘與可拆卸木塑復(fù)合材料（WPC）面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋土釘與網(wǎng)噴混凝土面層，通過室內(nèi)試驗對GFP材料進(jìn)行了力學(xué)性能分析與研究，對WPC面板進(jìn)行了可拆卸設(shè)計，并根據(jù)土釘與面板的錨固特點(diǎn)進(jìn)行了力學(xué)分析與驗算公式的推導(dǎo)，最后利用FLAC3D軟件對所提出的復(fù)合材料支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析比較，驗證了復(fù)合材料土釘支護(hù)的可行性。主要研究結(jié)論如下：
　　（1）研究了構(gòu)成復(fù)合材料的增強(qiáng)體、基體等的性質(zhì)，采用了應(yīng)用于土釘?shù)膹?fù)合材料—玻

3、璃纖維復(fù)合材料（GFP），分析了土釘支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的土釘材料鋼筋和玻璃纖維材料進(jìn)行了簡單比較，纖維復(fù)合材料土釘具有抗腐蝕、高強(qiáng)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(fù)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(jìn)行室內(nèi)拉伸性能表明：螺紋GFP桿體初期的強(qiáng)度由基體承擔(dān)，而后期的強(qiáng)度全部由玻璃纖維體承擔(dān)。承載力會隨直徑增大而增大

4、，強(qiáng)度隨直徑增大而減小。對GFP桿體拉伸強(qiáng)度計算公式的修正系數(shù)K進(jìn)行了取值選定，推薦K取0.75是較合理的。
　?。?）對GFP桿體面內(nèi)剪切強(qiáng)度進(jìn)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(nèi)剪切強(qiáng)度基本相等。進(jìn)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(nèi)剪切強(qiáng)度需要考慮基體和纖維體的粘結(jié)力、基體的抗剪強(qiáng)度兩部分。對以上桿體進(jìn)行了抗彎試驗，得到彎曲強(qiáng)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(qiáng)度與直徑大小成反比，隨著直徑增大，彎曲強(qiáng)度卻減少，而且減少較快，從性能分析可知導(dǎo)致桿體破壞的并不是拉應(yīng)力，而是在桿體中性軸以上產(chǎn)生的壓應(yīng)力。同時研究論證了GFP桿體具有較強(qiáng)的耐酸、耐堿、耐鹽及耐凍融等抗腐蝕性能。
　　（4）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(qiáng)度等級提高而提高；直徑大小對粘結(jié)強(qiáng)度的影響不太明顯；當(dāng)粘

6、結(jié)長度達(dá)到或超過臨界粘結(jié)長度時，隨著粘結(jié)長度的增加，平均粘結(jié)應(yīng)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(jié)應(yīng)力等規(guī)律。表明螺紋桿體在受力過程中化學(xué)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(jī)械咬合力發(fā)揮作用，其中機(jī)械咬合力起主要作用。要切實(shí)反映螺紋GFP桿體與砂漿之間的粘結(jié)力，需要考慮三類力，因此粘結(jié)力理論計算式中需要有分別表示三類力的表達(dá)式。
　　（6）提出選用木

7、塑復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)網(wǎng)噴混凝土。研發(fā)了新型拼接式木塑復(fù)合材料土釘墻坡面防護(hù)面板，能方便地拼裝形成整齊、可密封的面板支護(hù)界面，在臨時支護(hù)工程完工之后能方便地拆卸下來，回收重復(fù)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(shè)計計算的各項指標(biāo)及公式。
　?。?）應(yīng)用FLAC3D對鋼筋土釘與GFP土釘進(jìn)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(chǎn)生的