第1章 绪 论
岩土锚固是一种把土钉、锚杆和锚索等受拉杆体（以下统称锚杆）埋入岩土体一定深度处，将结构物与岩土体紧紧地连锁在一起以保持结构物和岩土体稳定性的技术，也称为锚杆支护技术[3-4]。该技术具有充分调动岩土体强度、减轻结构物自重以及节约工程材料和工期等优点，近年来已逐渐发展为地质灾害预防与治理的主要技术手段，已经被广泛应用于边坡、基坑以及隧道等岩土工程领域，取得了良好的经济与社会效益，具有十分广阔的发展前景。随着锚固技术的逐步发展和应用以及工程经验日益丰富，人们对岩土锚固理论的研究越发重视和深入，长期以来国内外学者从不同角度根据不同理论及假设较为深入地研究了锚杆的拉拔荷载传递机理，取得了一些有益的成果，某种程度上反映了锚杆的应力分布与演化规律，为实际工程锚杆设计与优化以及安全评价提供了一定的理论参考。然而，由于加固对象较为复杂且锚固方式呈现多样化等原因，至今在锚杆的拉拔荷载传递机理研究方面仍没有形成一个较为统一的认识，已有各种计算方法仍存在不能有效描述锚杆应力分布的演化过程、不能合理反映锚固界面剪切滑移的非线性特性、理论分析与试验或工程实测之间缺乏必要的联系与转化以及很少涉及局部脱空不连续等复杂岩土体等缺点和不足，以致理论分析与工程实测结果存在很大差异，不能满足工程实践的需要。由于锚杆拉拔荷载传递机理研究的不够完善，目前大多数锚固工程仍依赖于工程类比法或半经验半理论方法进行设计和施工，使得部分工程因锚杆设计强度过大而造成浪费，也有部分工程因锚杆设计强度过低给安全施工造成隐患。因此，锚杆的拉拔荷载传递机理亟需进一步的深入研究。
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第2章 曲线剪切滑移模型下锚杆拉拔荷载传递分析
2.1 引言
然而，由于分析采用假设的局限性，上述研究不能很好考虑锚固界面剪切滑移的非线性特征，以致得到的轴力和剪应力值与实测结果存在较大偏差。鉴于此，为有效考虑锚固界面剪切滑移的非线性特征，本章从拉拔试验的荷载位移关系出发，对锚杆的拉拔荷载传递特征进行分析。首先，采用荷载传递函数法建立张拉荷载作用下锚杆锚固段的荷载传递方程；然后，采用锚杆荷载位移的指数曲线关系，建立锚固界面的一种非线性曲线剪切滑移模型即双指数曲线剪切滑移模型；在此基础上，推导该模型下锚杆锚固段的荷载传递解答，并采用室内和现场实测数据进行验证；最后，对拉拔过程中锚杆锚固段的轴力与剪应力分布以及荷载位移曲线特征进行分析。
2.2 锚杆拉拔荷载传递基本方程
如图 2-1所示，锚杆受到张拉荷载作用时，首先通过杆体周围砂浆握裹力传递至注浆体中，然后通过注浆体周边围岩摩阻力传递至岩土体中[57]。已有试验研究表明[104]，张拉荷载作用下，沿锚杆锚固段全长的剪应力分布是很不均匀的，随着张拉荷载的增加，剪应力从锚固段近端至其远端逐步发挥出来，其最大值逐渐向锚固段远端转移，并渐进地产生界面滑移，改变剪应力的分布形式。当张拉荷载较小时，剪应力最大值发生在锚固段的近端，而锚固段远端相当长度上不出现剪应力；随着张拉荷载增大，锚固段近端逐步产生滑移，剪应力最大值逐步向锚固段远端转移，而其前部的剪应力则出现明显下降.
第 3 章 不同残余剪切强度下锚杆拉拔荷载传递分析..........37
3.1 引言 ...........................37
3.2 考虑残余剪切强度影响的曲线剪切滑移模型......................38
第 4 章 局部脱空岩土锚杆拉拔荷载传递分析 ...........................62
4.1 引言 ....................62
4.2 局部脱空岩土锚杆拉拔荷载传递解答 ..................................62
第 5 章 内嵌光纤 FRP 智能锚杆拉拔荷载传递全尺度监测与验证....................75
5.1 引言 ..................75
5.2 内嵌光纤 FRP 智能锚杆的研制 .................76
第5章 内嵌光纤 FRP 智能锚杆拉拔荷载传递全尺度监测与验证
5.1 引言
在这一方面，欧进萍、周智等人融合光纤传感技术高精度和分布式测试以及纤维增强树脂（FRP）材料高耐久的优点，研制了系列兼具承载和自监测功能的智能结构部品，使得光纤传感器件有效适应了土木工程粗放式施工的需求，促进了光纤传感技术的工程化应用[101]。鉴于此，在前述章节锚杆拉拔荷载传递研究的基础上，本章结合课题组在光纤传感技术与智能部品方面的成果，首先对光纤传感技术的基本原理进行简要阐述；之后，研制系列内嵌光纤FRP 智能锚杆，并对其制备工艺进行探讨；然后，基于 FRP 智能锚杆对均质和局部脱空岩土锚杆的应力状态进行拉拔试验研究，分析其应力分布和界面损伤特征，探讨智能锚杆拉拔荷载传递的全尺度监测性能；在此基础上，基于均质和局部脱空砂土中锚杆的拉拔试验，对比验证智能锚杆拉拔受力的全尺度监测与理论计算结果，验证智能锚杆的全尺度监测性能和解析解的有效性；最后，将智能锚杆应用于某边坡工程之中，为其安全运营提供技术支持和保障。
5.2 内嵌光纤 FRP 智能锚杆的研制
光纤传感技术是上世纪 70 年代伴随着光纤通信技术的发展而日益发展起来的一项新型感知技术，该技术分别以光纤和光波为媒质和载体，并集感知和传输外界待测参量信号的双重功能于一体。感知是指把外界温度和应力等物理量变化转化为光纤中传输光波的强度（功率）、波长、频率、相位以及偏振态等物理特征参量的变化；传输是指把受外界信号调制的光波传输到光探测器中进行检测，并光波中提取出外界信号[147-150]。依据被调制的光波物理特征参量，光纤传感技术主要分为光强调制型、相位调制型、偏振态调制型、频率调制型、波长调制型等几类[149-150]。其中，基于波长调制型的光纤光栅传感技术和基于频率调制型的光纤布里渊传感技术在土木工程结构健康监测领域受到了越来越多的关注，并被广泛地推广地应用[148-149, 151]。
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结 论
本文采用理论分析、试验实测及工程应用相结合的方法，围绕锚杆拉拔荷载传递与内嵌光纤传感智能锚杆的全尺度监测验证展开了较系统研究，取得的主要成果和结论如下：
1）考虑锚固界面剪切滑移的非线性特征，从锚杆荷载位移的指数曲线关系出发，建立了锚固界面的曲线剪切滑移模型，基于荷载传递函数法推导了张拉荷载作用下锚杆的荷载传递解析解；采用室内和现场实测数据对其进行了验证，并对锚杆拉拔受力特征进行了分析。结果表明：曲线剪切滑移模型曲线有效反映了锚固界面的非线性和软化特征，对应荷载传递解析解得到的轴力和剪应力分布及荷载位移曲线与室内和现场实测结果吻合得很好，同时，该解析解给出了荷载位移曲线的下降段、即反映了锚杆拔出破坏阶段的应力状态，便于对锚杆拉拔受力特征进行全历程分析。
2）考虑残余剪切强度影响，拓展了锚固界面的曲线剪切滑移模型，利用切比雪夫多项式推导了该模型下锚杆的拉拔荷载传递解析解；分析了不同残余剪切强度条件下锚杆的拉拔受力特征，并通过实测数据对模型及其荷载传递解答进行了验证。结果表明：曲线剪切滑移模型可以同时模拟软化型和硬化型剪应力和剪切位移关系，适用广泛，且模型拟合值与实测结果吻合得很好，拟合相关系数在 0.9 以上；相应荷载传递解答得到的荷载位移曲线和轴力分布曲线与实测结果之间吻合得很好，有效描述了不同残余剪切强度条件下锚杆的荷载传递特征。
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参考文献（略）