针对新型拉压复合型锚杆，假定锚固体与岩土体之间的剪应力呈三角形分布，对其锚固机理进行了研究。推导得出了拉压复合型锚杆的抗拔承载力计算公式，及其与拉力型锚杆抗拔承载力之比N。对承载比N值的曲线分析结果表明：N随锚固段长度的增加而增加，当锚固段长度系数k1 =2.0时，N达到最大值2.0；N整体随承压锚固段长度系数k2呈碟碗形对称分布，且随k2的增加而先增加后减小，并在k2=0.5时最大；当k1≥2.0时，N的最大值不再随锚固段长度增加而继续增加，但是满足N达到最大值的k2取值区间变大。对比拉压复合型锚杆室内试验成果，本文推导的承载比计算值与试验值吻合较好。在相同锚固段长度下，拉压复合型锚杆抗拔承载力可达拉力型锚杆2.0倍，具有良好的工程应用前景。 通过对传统拉力型锚杆及拉压复合型锚杆开展静力加载试验，研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其特性。研究结果表明：拉压复合型锚杆的荷载位移曲线可分为加载上升段，峰后下降段及残余稳定段三个阶段；拉压复合型锚杆的极限抗拔承载力比拉力型锚杆有显著提高，最高达2.61倍，且当拉压长度比为1:2和2:1时，极限抗拔承载力提高十分显著；拉压复合型锚杆的残余抗拔承载力水平较高且稳定性较好。本文研究成果对拉压复合型锚杆的进一步研究及工程应用具有很好的参考价值。

锚杆作为锚固工程的核心组成部分，在国家基本建设中发挥着重要作用。针对荷载集中型锚杆岩土体与灌浆体界面的应力集中容易引起界面剪应力软化，导致渐进式破坏，以及荷载分散型锚杆结构复杂和施工繁琐的问题。提出了一种新型拉压复合锚杆，它具有界面剪应力分布均匀，承载力高，造价低，施工便捷等优点。为此，本项目拟通过数值模拟、模型试验、理论研究和工程应用相结合的研究方法，系统地研究拉压复合型锚杆的锚固机理及设计方法。主要研究内容包括不同参数对岩土体与锚固体界面力学性能的影响；建立界面剪应力-应变本构关系模型；基于承压锚固段与受拉锚固段的变形协调，建立拉压承载比的计算方法；研究不同参数对拉压复合锚杆破坏模式的影响，建立不同破坏模式的判别方法；结合对比试验及原位测试研究结果，提出一套完整的拉压复合锚杆设计计算方法。为拉压复合锚杆的推广和应用提供理论依据和技术指导。

本项目基于损伤与断裂力学理论，结合文献调研以及前期研究成果，采用双剪模型试验、离心模型试验以及数值解析对拉剪耦合作用下竹筋复合锚杆的锚固性能进行系统研究。揭示竹筋复合锚杆在不同安设角度、不同锚固长度、不同锚固层数、不同抗弯刚度等条件下锚固系统的荷载-位移关系、破坏模式、应力应变分布及演化规律。在此基础上，对比分析复合锚杆各组成材料及锚固系统各界面的轴向应力/应变、弯矩、界面剪应力等随荷载变化的演化规律与特征，且通过与只考虑轴向加固作用的普通锚杆对比分析，得出竹筋复合锚杆的抗弯剪作用对边坡稳定性的贡献。最后，以某工程实际边坡为例，采用强度折减有限元法，对其锚固前、后的边坡稳定性进行分析对比，探讨了竹筋复合锚杆对边坡稳定性的贡献。研究结果对竹筋复合锚杆的设计计算及施工优化具有重要的基础理论意义，同时对其他类型锚杆的锚固机理研究也具有借鉴意义。主要结论如下： （1）结合荷载-位移关系曲线特征，安设角度为 0°的复合锚杆锚固系统所提供的承载力最大，且随着安设角度的增大， 承载力逐渐降低。 破坏方式主要表现为复合锚杆的剪切破坏。 （2）复合锚杆弯矩集中分布在结构面附近，两边锚固段弯矩为负值，体现为向上凸起，中间自由段弯矩为正值，体现为向下凸起。 （3）随着荷载的增大，复合锚杆轴向应力逐渐升高，影响范围逐渐变大；剪应力逐渐升高，且剪应力峰值逐渐向锚固端移动。 （4）通过对比不同抗弯刚度锚杆锚固作用下边坡的变形破坏特征，抗弯刚度较大的锚杆可明显增大边坡的稳定性能，从而表明考虑锚杆的抗弯性能是必要的。 （5）通过对比不同锚固层数条件下的边坡变形破坏特征，2层有机玻璃锚杆布置能够承受更大的荷载，且其破坏方式表现为自上而下渐进破坏。 （6）提出了复合锚杆的轴向位移和切向位移的变形理论，通过该理论获得了负荷-位移曲线中的两个特征点对应的轴向位移和切向位移的理论解。 2100433B

1.锚杆结构

水力膨胀式锚杆是由外径大于钻孔直径的无缝钢管加工而成的，双层异型管状杆体，由端套、异型管杆体、挡圈、注水管、托盘等配套组成。

2.锚固机理

将锚杆安装在锚孔中并注入高压水，水压超过管壁材料的弹性极限后，杆体随着锚杆孔的几何形状产生永久性塑性膨胀变形，使其牢牢镶嵌在围岩中，产生极大的摩擦力；另外在杆体膨胀时，锚杆给周围岩体以较大的压力，迫使围岩产生应变，增加围岩的应力，反过来围岩对锚杆体也产生相应挤压应力，且水力膨胀式锚杆在充水膨胀过程中，因其直径由细变粗，沿纵向有一定的收缩量，使锚杆的托盘紧紧地压向围岩表面，产生向上的支承力，从而实现对围岩施加预应力 。

我国正面临大量土遗址保护与加固问题，锚固是解决该问题的一种有效途径。竹筋复合锚杆因其良好的应变协调能力、高承载力、抗腐蚀性强以及造价低廉等特点，在土遗址保护和加固工程中具有极大的应用潜力。该类锚杆在土遗址土体锚固过程中承受拉力与剪力共同作用，但目前对竹筋复合锚杆在拉剪耦合作用下的锚固性能、应力分布特征、破坏模式等问题尚缺乏科学认识，已成为制约该类锚杆推广应用的主要瓶颈。本课题拟基于损伤与断裂力学理论，综合采用离心模型试验、数值模拟和理论分析等手段，对拉剪耦合作用下竹筋复合锚杆的锚固性能、变形特征与破坏模式进行系统研究，建立可考虑界面损伤断裂的数值分析方法，探讨不同锚杆安设角度、锚固长度、锚杆刚度、锚固层数与间距以及不同粗糙度结构面等因素对竹筋复合锚杆拉剪耦合锚固性能的影响，确定竹筋复合锚杆的最优布设方式，揭示竹筋复合锚杆的锚固机理及演化规律，为竹筋复合锚杆的设计计算及施工优化提供理论依据。