[发明专利]一种GFRP抗浮锚杆杆体-锚固体界面摩阻力与结合力的分析方法

权利要求书

1.一种GFRP抗浮锚杆杆体-锚固体界面摩阻力与结合力的分析方法，其特征在于具体过程为：

步骤一：采用GFRP抗浮锚杆拉拔试验装置对GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验，获得GFRP抗浮锚杆的粘结力、锚杆杆体位移与锚固体位移数据；

步骤二：建立GFRP抗浮锚杆杆体-锚固体界面摩阻力与结合力沿锚固深度分布函数模型，具体过程如下：

过程1：假设GFRP抗浮锚杆为弹性体，基于线弹性理论，建立GFRP抗浮锚杆的受力模型,将抗浮锚杆视为独立弹性体，地上自由段受拉拔荷载作用，并在地下锚固段与锚固体接触面产生摩阻力，取锚杆中某一深度处的单元体为研究对象，其上表面受此深度轴力作用，下表面受此深度轴力与轴力经过此单元体的变化量的合力作用，四周则受其与锚固体接触面在此深度的摩阻力作用，在受力模型中，P、p(x)分别代表锚杆承受的拉拔荷载以及深度x处单元体的轴力，τ、τ(x)分别代表锚杆平均摩阻力以及深度x处单元体的摩阻力，dS_ae(x)代表深度x处单元体的弹性变形量，S_ae(x)为深度x处锚杆杆体的变形量；

过程2：对于单元体，根据静力平衡条件得：dp(x)＝-2πrτ(x)dx(1)，式中，r为GFRP抗浮锚杆杆体半径，dx为单元体长度，dp(x)为轴力传递通过单元体后的变化量；

过程3：由胡克定律，单元体在拉力作用下弹性变形与轴力的关系为：式中，E为GFRP锚杆杆体的弹性模量；

过程4：对式(2)求导后将式(1)代入其中，得到S_ae(x)与τ(x)之间的微分方程：

过程5：通过广义胡克定律中对于材料轴力与弹性位移关系的描述得：P(x)＝-k·S_ae(x)(4)，忽略结合力的作用，即假设GFRP抗浮锚杆抗拔力全部由摩阻力提供，则式(4)可改写为式中，L_a为锚杆锚固长度；k为锚杆材料的劲度系数，式中S_r为锚杆端部总位移，S_b为锚固体总位移，二者之差为锚杆杆体弹性伸长量；将式(6)代入式(5)得：

过程6：将式(7)代入式(3)后，得到关于S_ae(x)的二阶常系数齐次线性微分方程：为简化计算，令故式(8)可化简为：

过程7：由边界条件[x＝0,p(x)＝P]；[x＝L_a,p(x)＝0]求解式(10)得到：

过程8：将式(11)代入式(3)便可得到锚杆摩阻力沿锚固深度的分布函数：

过程9：根据实测杆体-锚固体界面粘结力数据以及由式(12)计算得到的摩阻力沿深度分布函数，得结合力的分布函数为：F_c(x)＝T(x)-τ(x)(13)式中，T(x)为深度为x单元体对应的粘结力，F_c(x)为其对应的结合力；

步骤三：根据式(13)描述的结合力分布规律，对照实际试验现象，分析整个过程的正确性；

所述GFRP抗浮锚杆拉拔试验装置的主体结构包括GFRP抗浮锚杆、钢套管、穿心焊接铁块、穿心钢板、穿心千斤顶、Ⅱ型反力梁、纵向工字钢、第一位移百分表、第二位移百分表、L形焊接钢板、FBG传感器、锚固体和光纤光栅解调仪；GFRP抗浮锚杆的下端安装在锚固体内，上端套装在钢套管内，钢套管内部涂抹结构胶用于固定GFRP抗浮锚杆、穿心焊接铁块焊接在钢套管上，用于承受穿心千斤顶的拉力，穿心焊接铁块和穿心千斤顶之间、穿心千斤顶和Ⅱ型反力梁之间均安装穿心钢板，Ⅱ型反力梁的底面两侧对称安装纵向工字钢，纵向工字钢安装在地面上，GFRP抗浮锚杆与地面交界处的两侧对称安装L形焊接钢板，其中一侧的L形焊接钢板上安装第一位移百分表，通过测量该L形焊接钢板的位移得到GFRP抗浮锚杆顶部位移，另一侧的L形焊接钢板右侧安装第二位移百分表，用于测量锚固体顶部位移；FBG传感器通过结构胶固定在GFRP抗浮锚杆的外表面，按上密下疏的方法布置，距GFRP抗浮锚杆顶端较近的4个FBG传感器的间距取0.3m，随后5个FBG传感器间距为0.6m，光纤光栅解调仪与FBG传感器连接。

2.根据权利要求1所述GFRP抗浮锚杆杆体-锚固体界面摩阻力与结合力的分析方法，其特征在于所述穿心千斤顶采用吨位为100t、行程为30cm的手动式油压穿心千斤顶，第一位移百分表和第二位移百分表的精度均为0.01mm。