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岩土锚固在我国土木、水利和建筑工程中已得到广泛应用,其成效显著。岩土锚固的耐久性与安全评价是当前岩土工程界普遍关注的一个热点问题,也是影响岩土锚固工程安全性的一个关键问题。锚固类结构具隐蔽性,地下腐蚀环境较恶劣等特点,对耐久性的要求严格。鉴于这类结构已经和正在出现的一些问题,人们对其安全性与耐久性问题愈来愈关注,解决锚固类结构耐久性、使用寿命预测和防护对策问题不仅具有理论价值,而且有着有着重要的工程意义。
本文在前人的研究成果的基础上,运用弹性力学,材料科学,数值分析以及灰色系统理论和模糊数学等方法,对钢筋锈蚀造成的锚杆耐久性问题进行研究,主要研究成果有:
(1)考虑到锚固结构在岩土体地质材料中容易受到地下环境侵蚀而造成材料性质劣化,影响其耐久性。预测锚固钢筋在环境条件下的腐蚀速度和腐蚀量。通过材料科学中关于混凝土和砂浆在侵蚀性环境条件下的材料性质劣化机理分析,计算砂浆和钢筋的力学性质随结构服务时间的变化。从而导致锚固结构的力学性能随着服务时间的变化。
(2)通过锚固结构分析,假设锚固砂浆在由于钢筋锈蚀锈胀力作用下破坏前为弹性,运用弹性理论分析求解了导致砂浆胀裂的钢筋临界锈蚀率。
(3)以锚固结构耐久性指标临界值作为寿命判断标准,采用以砂浆开裂的寿命控制标准、钢筋锈蚀率控制标准、锚固结构极限抗拔力学下降临界值标准,取其计算寿命最小值作为锚固结构寿命的控制标准研究锚杆的寿命。最后以某实际工程为例,通过砂浆和钢筋在环境条件下的力学性质劣化模型,采FLAC3D软件计算锚杆在不同的服务期的极限抗拔力,通过分析以极限抗拔力下降率作为寿命控制标准,计算得该工程永久性锚杆在特定侵蚀性环境条件下的耐久性,并讨论了不同应力水平条件下应力腐蚀对耐久性的影响。
(4)充分考虑耐久性评估指标的模糊性,提出基于灰色关联度和模糊识别方法,利用信息熵和复合权重,综合考虑专家经验和检测数据的重要性,对锚固结构耐久性进行评估。并将该法应用于某工程实例评估,采用锚固结构外观情况、环境条件、裂缝宽度、钢筋截面损失率、钢筋锈蚀速度、砂浆强度衰减速度为评价指标,评估了6个锚固结构,评估耐久性结果分别为较好、一般、一般、差、一般、一般,表明该方法用于评估锚固结构耐久性的有效性。