本發(fā)明涉及巖土錨固領域，尤其是一種通過研究膨脹性粘結材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計的方法。

背景技術：
巖土錨固是巖土工程領域中最重要的錨固手段之一。巖土錨固已在我國邊坡支護，基坑支護，礦井開挖支護，隧洞及地下工程穩(wěn)定，以及壩肩穩(wěn)定支護，航道，水庫，機場，抗傾，抗浮結構等工程建設中獲得廣泛應用，并且具有其他加固方式難得取代的優(yōu)勢。巖土錨固技術是通過埋設在巖土體中的錨桿，將結構物與巖土體緊緊地錨固在一起，依賴錨桿和巖土體的抗剪強度傳遞結構物的拉力或使巖土體自身的不穩(wěn)定部分得到加固，以保持錨固系統(tǒng)(巖土體，灌漿體，錨桿桿體和這些介質(zhì)之間的界面)的穩(wěn)定。實際工程中的巖體內(nèi)部，往往有地應力存在，特別是埋深較大，地質(zhì)構造較為復雜的地區(qū)，往往存在較大的地應力，錨桿往往受到地應力的徑向圍壓的作用，研究注漿錨桿在徑向圍壓作用下的破壞規(guī)律及作用機理，探究如何利用巖體的圍壓作用，提高錨桿的抗拔力具有重要意義。另外，在利用巖體自身圍壓的作用同時，采用具有膨脹性的水泥漿代替無膨脹性的水泥漿，一方面消除了水泥漿干縮性對抗拔力的影響，另一方面，在鉆孔周圍強大圍壓的作用下，錨固水泥漿膨脹性被限制，則水泥漿會對對錨桿和孔壁產(chǎn)生較大的徑向壓力，這種壓力對提高錨桿的抗拔力具有重要作用。一般來說，鉆孔附近的的圍巖一般承受較大的地應力，倘若在埋深較大的工程中，地應力遵循海姆(Heim)法則，即在深部巖體中，地應力呈現(xiàn)出類似于靜水壓力，即在各個方向上地應力是相同的，所以，鉆孔附近圍巖承受著地應力的外壓力和膨脹性水泥的內(nèi)壓力，這一方面保證了圍壓不會因膨脹力而破壞，同時增大了錨固漿體與圍巖之間的摩擦力。其次，因膨脹而產(chǎn)生的徑向力，對錨桿具有較大的嵌固作用，特別是應用帶肋鋼筋作為錨桿時，這種嵌固作用更加明顯。所用膨脹性水泥是由水泥，膨脹性物質(zhì)(高鋁水泥，氧化鈣，氫氧化鈣及鈣加上封閉劑等物質(zhì))混合而成調(diào)配成的混合物，該混合物在適當?shù)呐浔认律删哂信蛎浶缘拟}凡石，該物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，強度高，在一定圍壓作用下自體較難破壞。現(xiàn)階段，膨脹劑作為水泥中的添加劑，主要作用還是用于補償混凝土的收縮，以及產(chǎn)生微量的自膨脹應力，所以其膨脹率非常有限，常常在10-6到10-4級別。對于大膨脹率(10-3到10-1的膨脹率)的水泥漿，現(xiàn)階段研究的極少，特別是在水泥漿中添加一定量的膨脹劑，并在周圍限制其膨脹，利用約束作用使其產(chǎn)生膨脹力，并加以利用的工程更是極為少見。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種通過研究膨脹性粘結材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計的方法，可以解決在在錨桿設計和施工中未對膨脹性粘結材料的特性進行研究的問題，優(yōu)化了錨桿，為膨脹性粘結材料在錨桿設計和施工中的應用提供了重要的依據(jù)。為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種通過研究膨脹性粘結材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計的方法，該方法包括以下步驟：步驟1：確定錨桿灌漿工程所用的巖體類型；步驟2：采用有限元軟件行對步驟1所確定的巖體進行數(shù)值模擬，確定上述巖體適用的膨脹率變化范圍，得到其適用的最優(yōu)膨脹率；步驟3：配制不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結材料,通過室內(nèi)配合比調(diào)配試驗，繪制出膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，膨脹劑摻量＝膨脹劑質(zhì)量/(膨脹劑質(zhì)量+水泥質(zhì)量)×100％，步驟4：在室外制作模型試件，并采用加壓設備，模擬現(xiàn)場錨固段圍巖圍壓，采用不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結材料作為錨桿錨固體，在不同的注漿孔孔徑以及不同的錨桿錨固長度下進行錨桿抗拔力試驗，得到不同膨脹劑摻量、不同注漿孔孔徑以及不同的錨固長度下的錨桿抗拔力數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出不同的注漿孔孔徑下，膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量下以及不同的錨固長度下極限抗拔力變化曲線；步驟5：進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計，步驟為：步驟5-1：根據(jù)步驟3得到的膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，得到與步驟4-1的的最優(yōu)膨脹率對應的膨脹性粘結材料膨脹劑摻量；步驟5-2：將原設計參數(shù)：錨桿錨固長度、注漿孔設計孔徑以及膨脹性粘結材料設計膨脹劑摻量代入步驟3繪制的曲線進行判斷，看是否為最優(yōu)方案，若不是最優(yōu)方案，則根據(jù)步驟3繪制的曲線數(shù)據(jù)對設計參數(shù)進行重新設計，從而實現(xiàn)錨桿灌漿參數(shù)的優(yōu)化設計。步驟2的方法為：步驟2-1：將不同類型的巖體采用不同的綜合力學參數(shù)、不同類型巖體參數(shù)取值，根據(jù)一類巖體綜合參數(shù)由高到低進行折減修正；步驟2-2：根據(jù)步驟1確定的巖體類別，取定相關的參數(shù)，在大型有限元軟件ADINA中建立模型，采用M-C材料模擬巖體單元，具有溫度膨脹系數(shù)的線彈性材料模擬膨脹性粘結材料單元，線彈性材料模擬鋼筋單元，調(diào)整膨脹性粘結材料的溫度膨脹系數(shù)，直至材料屈服，得出相應的膨脹系數(shù)，調(diào)整不同的參數(shù)，得到不同的膨脹性系數(shù)，據(jù)此得出該巖體適用的膨脹率變化范圍，得到其適用的最優(yōu)膨脹率。步驟3的方法為：步驟3-1：配制不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結材料，所述膨脹性粘結材料為由水泥，膨脹劑添加定量的水調(diào)配成的漿液；步驟3-2：將步驟3-1配制好的不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結材料采用膨脹率測試儀進行測試，測定不同膨脹劑摻量的最終膨脹率，進而繪制膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，由變化曲線得到膨脹性粘結材料的膨脹率與膨脹劑摻量之間的關系式為膨脹率y＝6395.8x4-4793.1x3+1386.5x2-32.897x-0.0369，擬合系數(shù)R2＝1，x為膨脹劑摻量。步驟4的方法為：步驟4-1：大型試件制作：采用混凝土澆筑制成大型試驗試件，大型試驗試件中間鉆取不同直徑的孔洞作為錨桿的注漿孔，試件的前后左右四面采用可測壓力的設備進行加壓穩(wěn)固，以模擬圍巖的圍壓，以確保圍巖在膨脹性材料作用下不會出現(xiàn)破壞；步驟4-2：錨桿灌漿養(yǎng)護：待大型試驗試件養(yǎng)護至28天后，在鉆取的注漿孔中放入錨桿并采用膨脹劑摻量分別為0％，6％，12％，15％，20％的膨脹性粘結材料作為錨固體進行填充振搗密實，灑水覆膜保養(yǎng)14天；步驟4-3：進行錨桿拉拔試驗：待錨固體保養(yǎng)至規(guī)定時間后，對錨固長度不同的錨桿采用拉拔儀進行極限抗拔力測試，同時，采用錨桿拉拔試驗位移測量裝置進行位移同步測量，繪制出膨脹性粘結材料不同膨脹率錨固劑抗拔力與位移之間的曲線，并最終繪制出膨脹性粘結材料不同膨脹率下錨桿極限抗拔力變化曲線。本發(fā)明提供的一種通過研究膨脹性粘結材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計的方法,通過一系列的室內(nèi)室外試驗，并借助數(shù)值模擬等手段，系統(tǒng)的研究了膨脹性粘結材料的配合比，膨脹率，不同類型的巖體適用的膨脹率變化范圍，不同膨脹率粘結材料對錨桿抗拔力的影響程度等一系列問題，并給出了膨脹性粘結材料配合比和膨脹率之間的關系曲線，膨脹性粘結材料不同膨脹率下錨桿極限抗拔力變化曲線，進而進行錨桿的優(yōu)化設計，可以解決在在錨桿設計和施工中未對膨脹性粘結材料的特性進行研究的問題，優(yōu)化了錨桿，為膨脹性粘結材料在錨桿設計和施工中的應用提供了重要的依據(jù)。附圖說明下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：圖1為本發(fā)明步驟3所繪制的膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量(即膨脹劑摻量)與膨脹率之間的變化曲線；圖2為本發(fā)明步驟4進行的試驗所用裝置的俯視圖；圖3為本發(fā)明步驟4所得膨脹性粘結材料不同膨脹率下錨桿極限抗拔力變化曲線(注漿孔的直徑為40毫米，錨桿錨固長度分別為10cm和20cm)；圖4為本發(fā)明步驟4所得膨脹性粘結材料不同膨脹率下錨桿極限抗拔力變化曲線(注漿孔的直徑為75毫米，錨桿錨固長度分別為10cm和20cm)。具體實施方式實施例一錨固灌漿工程所用巖體為弱風化砂巖一種通過研究膨脹性粘結材料在錨桿灌漿中的特性進行錨桿灌漿參數(shù)優(yōu)化設計的方法，該方法包括以下步驟：步驟1：確定錨桿灌漿工程所用的巖體類型，錨固灌漿工程所用巖體為弱風化砂巖；步驟2：采用有限元軟件行對步驟1所確定的巖體進行數(shù)值模擬，確定上述巖體適用的膨脹率變化范圍，得到其適用的最優(yōu)膨脹率；步驟2的方法為：步驟2-1：將不同類型的巖體采用不同的綜合力學參數(shù)、不同類型巖體參數(shù)取值，根據(jù)一類巖體綜合參數(shù)由高到低進行折減修正；步驟2-2：根據(jù)步驟1確定的巖體類別，取定相關的參數(shù)，在大型有限元軟件ADINA中建立模型，采用M-C材料模擬巖體單元，具有溫度膨脹系數(shù)的線彈性材料模擬膨脹性粘結材料單元，線彈性材料模擬鋼筋單元，調(diào)整膨脹性粘結材料的溫度膨脹系數(shù)，直至材料屈服，得出相應的膨脹系數(shù)，調(diào)整不同的參數(shù)，得到不同的膨脹性系數(shù)，據(jù)此得出該巖體適用的膨脹率變化范圍，得到其適用的最優(yōu)膨脹率，采用步驟2所述的方法，確定弱風化砂巖適用的最優(yōu)膨脹率為1.95％。,步驟3：配制不同膨脹劑摻量的膨脹性粘結材料,通過室內(nèi)配合比調(diào)配試驗，繪制出膨脹性粘結材料不同膨脹劑摻量與膨脹率之間的變化曲線，膨脹劑摻量＝膨脹劑質(zhì)量/(膨脹劑質(zhì)量+水泥質(zhì)量)×100％，步驟3的方法為：步驟3-1：配制不同膨脹劑摻量...