石窟岩体浅层加固微型木锚杆抗拔力影响因素试验研究_柴新军.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月东 华 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目(,)作者简介:柴新军(),男,博士,教授,主要从事岩土遗址加固保护、地基处理、环境岩土工程、岩土加固技术方面的教学及科研工作。:石窟岩体浅层加固微型木锚杆抗拔力影响因素试验研究柴新军,丁振琨,李鑫杰,何大源(东华理工大学 土木与建筑工程学院,江西 南昌)摘 要:石窟岩体浅层剥落掉块病害常采用微型木锚杆加固,微型木锚杆在微型钻孔中抗拉力及影响因素研究成果甚少。以松木杆为芯材,以环氧树脂粉煤灰混合浆液为灌浆锚固材料,主要研究微型木锚杆表面形态对其抗拔力影响。根据微型木锚杆直径(
2、、)、锚固长度(、)和表面形态(表面光滑、磨砂划痕、加箍、加箍)的不同,设计了 种类型共计 组微型木锚杆拉拔试验。结果表明:磨砂划痕及 加箍处理微型木锚杆其极限抗拔力为 ,破坏界面抗剪强度为 ,较表面光滑木锚杆提高;加箍处理微型木锚杆其极限抗拔力为 ,破坏界面抗剪强度为 ,较表面光滑木锚杆提高。微型木锚杆直径、锚固长度对界面抗剪强度有一定影响。研究成果可为微型木锚杆治理石窟浅层剥落病害提供设计计算依据。关键词:剥落掉块;微型木锚杆;表面形态;抗拔力;石窟岩体中图分类号:;文献标志码:文章编号:()柴新军,丁振琨,李鑫杰,等,石窟岩体浅层加固微型木锚杆抗拔力影响因素试验研究 东华理工大学学报(自
3、然科学版),():,(),():中国石窟艺术历史悠久,具有极高的历史、艺术和科学价值(王逢睿,;王旭东,;李文军等,;黄克忠,;,;,)。岩体是石窟艺术的载体,我国在大体量石窟危岩体加固技术、加固理念、设计计算理论及应用方面已趋成熟(朱建龙,;张景科等,;李最雄等,;王旭东等,;赵海英等,;李丽慧等,;,;,;张敏思等,)。石窟窟顶窟壁浅层剥落、掉块是石窟岩体病害中普遍存在的问题,对石窟艺术和游人安全构成严重威胁。常采用粘贴和小钢锚杆锚固的方法治理,如龙游石窟 号洞洞顶缓倾角剥落裂隙病害以直径 的螺纹钢为芯材,采用水泥砂浆灌浆锚固(赵立新等,);重庆大足妙高山石窟窟顶块状剥落严重,剥块掉落最厚
4、处约 ,抢险加固保护时用环氧树脂浆液进行复原黏结,对较大黏结块体在适当部位用螺纹钢锚杆进行锚固(陈卉丽,);敦煌莫高窟较大面积空鼓壁画修复,采用直径 、长 的细钢筋进行加固(李最雄,);云冈石窟瞿昙五窟崖壁裂隙掉块病害采用环氧树脂灌浆和小锚杆加固(苑静虎等,)。小钢锚杆锚固技术在剥落、掉块病害加固中存在钢锚杆容易锈蚀、钻孔直径偏大影响石窟遗址外观、水泥浆硬化产生盐分会加剧石窟遗址表面风化等问题。小钢锚杆在微型钻孔中的抗拔力及影响因素研究成果甚少,对小锚杆锚固技术的合理应用难以提供科学依据。鉴于木锚杆在干旱环境土遗址加固保护中的成功应用(孙满利等,),笔者针对石窟浅层剥落掉块病害拟开发微型木锚杆
5、锚固技术。微型木锚杆锚固技术的典型特征是在微型钻孔(孔径小于)中,以微型木锚杆为芯材实现灌浆和锚固。前期研究表明:对同一直径微型木锚杆,存在最佳钻孔直径的现象。当微型木锚杆外裹环氧树脂粉煤灰浆液固结体厚度为 时,微型木锚杆能够发挥最佳抗拔性能(柴新军等,)。微型木锚杆表面形态对其极限抗拔力有明显影响,直径、锚固长度 的微型木锚杆表面采用磨砂划痕和加箍处理时,其极限抗拔力比表面光滑形态高约(柴新军等,)。为进一步揭示表面形态对微型木锚杆抗拔力及界面抗剪强度的影响,笔者研究选取微型木锚杆直径(、)、锚固长度(、)和表面形态(光滑、磨砂划痕、加箍、加箍)三种参数,设计了 种类型共计 组微型木锚杆进行
6、拉拔试验。其中磨砂划痕措施是指木锚杆采用砂纸打磨,沿杆长每隔约 用小刀削切一道环形微凹痕。研究拟建立微型木锚杆直径、长度及表面形态相互影响的定性定量化关系,为微型木锚杆治理石窟浅层剥落掉块病害提供设计计算依据。试验材料 砂岩石窟室内模拟岩体试块制备采用标准质量比:砂 水泥 粉质黏土 水 配合制备砂岩石窟室内模拟岩体,试块尺寸为 。砂岩石窟室内模拟岩体抗压强度为 ,密度为 (柴新军等,;)。灌浆材料制备试验采用环氧树脂 粉煤灰复合灌浆材料。配合比(质量比)为:环氧树脂 固化剂 丙酮 糠醛 改性粉煤灰 。浆液配置完成后应在 内完成灌浆。试验表明浆液固结体抗压强度为 ,抗拉强度为 ,弹性模量为 (柴
7、新军等,)微型木锚杆制备试验所用木锚杆为定制加工的微型松木杆,直径分 、两种。木锚杆原料顺纹抗拉强度为 ,顺纹弹性模量为 。为研究微型木锚杆表面形态如何影响木锚杆灌浆材料界面强度特性,制作了 种不同表面形态的微型木锚杆,分别是表面光滑、表面磨砂划痕、每 加箍、每 加箍。表面划痕是采用打磨砂纸对光滑木锚杆进行打磨使之表面粗糙;加箍是指在光滑木锚杆上每隔一定间距(,)缠绕粘贴两层土工布(厚度为 ),使之与灌浆材料间的黏结方式有所改变(柴新军等,)。试验方案设计 试验方案根据木锚杆直径 和锚固长度 的不同共设计了 种类型的微型木锚杆进行对比试验,分别是类型 ()、类 型 ()、类 型()、类型()。
8、每种类型木锚杆根据表面形态不同(表面光滑、磨砂划痕、加箍、加箍)分为 组(共计 组)。每组试验准备 个试件进行平行试验,详细锚固参数设置汇总见表。表 微型木锚杆表面形态、锚固参数设置及拉拔试验结果汇总 ,微型木锚杆类型锚杆直径 锚固长度 木锚杆表面形态钻孔直径 钻孔深度 拉拔力 破坏形式平均拉拔力 平均抗剪强度 类型()表面光滑锚杆拔出 磨砂划痕锚杆拔出 加箍锚杆拔出 加箍锚杆拔出 第 期柴新军等:石窟岩体浅层加固微型木锚杆抗拔力影响因素试验研究 续表微型木锚杆类型锚杆直径 锚固长度 木锚杆表面形态钻孔直径 钻孔深度 拉拔力 破坏形式平均拉拔力 平均抗剪强度 类型()表面光滑锚杆拔出 磨砂划痕
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