隧道鎖腳錨管受力測試方法試驗研究

羅彥斌， 陳建勛， 楊東輝， 李 棟

(1. 長安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西 西安 710064； 2. 陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075)

隧道鎖腳錨管受力測試方法試驗研究

羅彥斌1， 陳建勛1， 楊東輝2， 李 棟1

(1. 長安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西 西安 710064； 2. 陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075)

為研究隧道鎖腳錨管在端頭豎向荷載作用下的受力特性，采用了一種隧道鎖腳錨管受力特性的測試方法——應(yīng)變片外貼導(dǎo)線內(nèi)引的電測法，該方法克服了鋼管表面貼片易損壞、引線困難等難題。以工程上經(jīng)常使用的長為3.5 m、直徑為42 mm、壁厚為4 mm的熱軋無縫鋼管為例，系統(tǒng)介紹了測試鎖腳錨管受力特性的試驗設(shè)計方案，包括鎖腳錨管管身軸向應(yīng)變測試和管身彎矩測試。給出了鎖腳錨管受力測試裝置的設(shè)計與工藝，包括測力錨管的加工和溫度補償條的加工工藝。采用現(xiàn)場實測的方法，在某土質(zhì)邊坡對該方法進行了應(yīng)用，將鎖腳錨管安裝在邊坡土體中，然后在鎖腳錨管端頭加載，測試其受力狀況。試驗結(jié)果表明： 鎖腳錨管受力測試裝置安設(shè)完畢后，測點成活率達到100%；鎖腳錨管端頭垂直加載，管身最終變形和試驗測試結(jié)果相吻合；該試驗方法能夠真實反映鎖腳錨管的受力特性。

隧道； 鎖腳錨管； 受力特性； 測試方法； 應(yīng)變片外貼

0 引言

軟弱圍巖隧道變形大、沉降控制難，處理不當(dāng)易造成塌方等工程事故。為了保障施工安全，常采取注漿加固地層、仰拱及時封閉、拱腳補強等措施，其中拱腳補強包括拱腳注漿、拱腳基礎(chǔ)擴大、鎖腳錨管(桿)等[1-3]。由于鎖腳錨管(桿)施工簡單易行、經(jīng)濟實用、效果顯著，在軟弱圍巖隧道中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于對鎖腳錨管(桿)的受力機制缺乏認識，工程實踐中往往靠經(jīng)驗確定參數(shù)，僅鎖腳錨管(桿)的打設(shè)角度問題，就有多種爭論觀點。因此，有必要對隧道鎖腳錨管(桿)的受力機制進行深入研究[4]。

目前，對于隧道鎖腳錨管(桿)受力機制的研究主要采用數(shù)值模擬和理論解析的方法[5-6]，現(xiàn)場測試的方法很少，主要原因是沒有成熟的測試方法，且現(xiàn)場測試環(huán)境惡劣，對測試元件的保護要求較高等。筆者曾采用鋼弦式錨桿測力計在現(xiàn)場對鎖腳錨桿軸力進行測試，但軸力并不能全面反映鎖腳錨桿的受力狀態(tài)，因此，需要尋求一種能夠測試鎖腳錨管(桿)管身軸向應(yīng)變和彎矩的方法。

鎖腳錨管屬于薄壁圓管結(jié)構(gòu)，隧道建設(shè)者對這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變測試方法研究得較少，而樁基領(lǐng)域的工作人員對其研究較多。李晉[7]、朱小軍[8]利用空心鋁管作為模型樁，將鋁管沿縱向剖開后在管壁內(nèi)粘貼應(yīng)變片，然后用金屬膠和特制鋁帽將管壁粘合在一起；茍德明等[9]、李健等[10]在測試管棚應(yīng)力時，將管棚沿測試斷面橫向截斷，安設(shè)傳感器后，通過絲扣和焊接連接在一起，但是該方法由于管身縱向或橫向裂縫的存在，一旦受力不均勻，將對管身應(yīng)力分布產(chǎn)生較大影響，使測試結(jié)果產(chǎn)生誤差；董曉明[11]、朱斌等[12-13]、程海濤[14]在進行模型樁試驗時，將應(yīng)變片傳感器粘貼于PVC管或鋁管外壁，并將導(dǎo)線通過管身小孔引入圓管內(nèi)部，最后從圓管端口引出，但該方法只在PVC和鋁管的模型試驗中應(yīng)用，由于現(xiàn)場試驗環(huán)境惡劣，應(yīng)變片粘貼在外側(cè)易被損壞，因此在鋼管的現(xiàn)場試驗中未見報道。

本文綜合上述研究成果，并考慮錨桿和錨管在受力和變形方面的區(qū)別與聯(lián)系，將傳感器外貼、導(dǎo)線內(nèi)引的方法應(yīng)用于鋼管，同時克服了鋼管表面貼片易損壞、引線困難、溫度補償塊的加工與安裝等難題，提出了一套應(yīng)變片外貼測試鎖腳錨管受力的方法，并在某土質(zhì)邊坡開展現(xiàn)場測試研究工作。

1 鎖腳錨管受力測試方案

為了研究鎖腳錨管在圍巖中的受力情況，測試鎖腳錨管沿圍巖深度方向的軸向應(yīng)力和彎矩分布情況。采用在鎖腳錨管不同位置處設(shè)置測試斷面，每個測試斷面上布置上下左右4個測點，每個測點在管壁外粘貼箔式電阻應(yīng)變片，導(dǎo)線通過管壁鉆孔引入錨管內(nèi)部并穿過錨管管體連接至應(yīng)變測試儀，通過一定的組橋方式對應(yīng)變片進行組合，測出錨管不同位置處的軸向應(yīng)力和彎矩。

以工程上經(jīng)常使用的長度為3.5 m、直徑為42 mm、壁厚為4 mm的熱軋無縫鋼管為例，測試鎖腳錨管4個斷面的受力情況，如圖1所示。

圖1 各測試斷面沿管身縱向布置(單位： cm)

每個測試斷面分別在上、下、左、右4個部位布置測點，在每個測點上粘貼應(yīng)變片，并將導(dǎo)線通過測點附近的鉆孔引出后連接至應(yīng)變測試儀。因鎖腳錨管管身的4個鉆孔直徑僅2.5 mm，且呈交錯布置，其相對于距應(yīng)變片的距離(40 mm)與管徑(42 mm)已經(jīng)很小，僅會在小孔的周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，對鎖腳錨管管身的應(yīng)變測試影響可以忽略不計。應(yīng)變片安裝和引線如圖2所示。

(a)測點環(huán)向布置

1—鎖腳錨管; 2—圓孔; 3—應(yīng)變片； 4—接線端子； 5—導(dǎo)線； 6—應(yīng)變測試儀； 7—錐頭。

(b)應(yīng)變片引線、導(dǎo)線焊接

(c)測點導(dǎo)線內(nèi)引

采用電阻應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)，將應(yīng)變片接入電阻應(yīng)變儀中的電阻橋路，形成如圖3所示的應(yīng)變電橋橋路?？扇1—R4中的一個或多個作為應(yīng)變片，其余為電阻應(yīng)變儀自帶電阻，構(gòu)成電橋橋臂。A、C和B、D分別為電橋的輸入端和輸出端。當(dāng)構(gòu)件受力發(fā)生變形時，應(yīng)變片隨之產(chǎn)生電阻值的變化，從而破壞電橋的平衡，產(chǎn)生輸出電壓，顯示出應(yīng)變數(shù)值[15]。

當(dāng)輸入電壓為UI、輸出電壓為UO時，由電學(xué)原理可知：

(1)

當(dāng)構(gòu)件在外力作用下發(fā)生變形時，電橋中各橋臂的電阻值將發(fā)生改變，此時R1、R2、R3、R4的電阻分別為R1′、R2′、R3′、R4′。

Ri′=Ri+ΔRi。(i=1,2,3,4)

(2)

將式(2)代入式(1)，可近似求得輸出電壓

(3)

圖3 應(yīng)變惠斯通電橋橋路

1.1 鎖腳錨管軸向應(yīng)變測試

采用應(yīng)變片半橋單臂溫度補償接法測量鎖腳錨管各截面軸向應(yīng)變。即4個橋臂上只有1個橋臂接有應(yīng)變片，此時相鄰橋臂接溫度補償片，以此消除由溫度引起的應(yīng)變。電橋橋路如圖4所示。

圖4 半橋單臂溫度補償接法電橋橋路

Fig. 4 Half-bridge and single arm bridge circuit for temperature compensa-tion

R1為貼在錨管管壁上的應(yīng)變片，R2為貼在補償塊上的溫度補償應(yīng)變片，R3和R4為應(yīng)變儀內(nèi)置電阻，UI和UO分別為輸入電壓和輸出電壓。

鎖腳錨管在外荷載作用下其管體會發(fā)生變形，變形產(chǎn)生的電阻為ΔRc，溫度引起變形產(chǎn)生的電阻為ΔRT，則：

ΔR1=ΔRc+ΔRT；

(4)

ΔR2=ΔRT；

(5)

ΔR3=ΔR4=0。

(6)

將式(4)—(6)代入式(3)，可得：

(7)

式中：K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；ε為測點處的軸向應(yīng)變。

1.2 鎖腳錨管彎矩測試

采用電阻應(yīng)變片半橋雙臂接法測量鎖腳錨管各截面彎矩。即4個橋臂上有2個橋臂接有應(yīng)變片，2個應(yīng)變片采用相鄰橋臂的方法接入電橋中，這樣可以不需要接入額外的溫度補償片和補償塊而消除其他外力作用下的應(yīng)變，包括溫度引起的應(yīng)變。電橋橋路如圖5所示。

圖5 半橋雙臂接法電橋橋路

R1和R2分別為貼在錨管管壁圓周上、下(或左、右)2個部位的應(yīng)變片，R3和R4為應(yīng)變儀內(nèi)置電阻，UI和UO分別為輸入電壓和輸出電壓。

鎖腳錨管在外荷載作用下管體會發(fā)生變形，錨管軸力產(chǎn)生的電阻為ΔRA，錨管彎矩產(chǎn)生的電阻為ΔRM，應(yīng)變片變形產(chǎn)生的電阻分別為ΔRc和ΔRc′，溫度引起變形產(chǎn)生的電阻為ΔRT，則：

ΔR1=ΔRc+ΔRT=ΔRA+ΔRM+ΔRT；

(8)

ΔR2=ΔRc′+ΔRT=ΔRA-ΔRM+ΔRT；

(9)

ΔR3=ΔR4=0。

(10)

將式(8)—(10)代入式(3)，可得：

(11)

由式(11)可知，應(yīng)變儀測試的應(yīng)變εM′是彎矩引起應(yīng)變的2倍，即εM′=2εM。

根據(jù)材料力學(xué)可知鎖腳錨管測點處彎矩

(12)

2 鎖腳錨管受力測試裝置設(shè)計與制作工藝

2.1 測力鎖腳錨管設(shè)計與工藝

測力錨管應(yīng)按以下步驟進行制作。

1)定位。在鎖腳錨管貼應(yīng)變片和鉆孔前，用劃針沿錨管全長在其截面圓周上、下、左、右分別劃線，以確保應(yīng)變片貼片位置和鉆孔位置與設(shè)計相符。

2)鉆孔。為降低鉆孔對錨管受力的影響，采用上下孔與左右孔交錯布置，避免4個孔位于同一截面。上下孔從距管端0.46m處，每隔1m用沖擊鉆在管壁上鉆直徑為2.5mm的小孔，即分別在距離管端0.46、1.46、2.46、3.46m的4個位置上下管壁處鉆8個小孔。左右孔從距管端0.47m處，每隔1m用沖擊鉆在管壁上鉆直徑為2.5mm的小孔，即分別在距離管端0.47、1.47、2.47、3.47m的4個位置左右管壁處鉆8個小孔?，F(xiàn)場鉆孔如圖6(a)所示。

3)打磨。為保證電阻應(yīng)變片與錨管管壁充分接觸，首先用打磨機對待測點進行小面積拋光，然后用小號砂紙將錨管表面打磨光滑。打磨方向應(yīng)與應(yīng)變片絲柵方向呈45°，以便使應(yīng)變片能更好地反映測點的實際受力。

4)清洗。打磨處理過的錨管經(jīng)初步清洗后，用脫脂棉球沾丙酮沿一個方向?qū)①N片部位清洗干凈，并確保應(yīng)變片粘貼面干凈。擦拭清洗時，由十字線中心向外擦洗，保證中心干凈，擦洗完與貼片的時間間隔不得少于3min，以保證丙酮能完全揮發(fā)。

5)選片與貼片。貼片前用萬用表檢查所用應(yīng)變片阻值是否一樣，并用放大鏡觀察敏感柵是否有銹斑、基底和蓋層是否有破損、引線有無折斷等；然后，在錨管截面上、下、左、右4個位置對稱粘貼電阻應(yīng)變片，采用502膠將應(yīng)變片與管壁緊密粘貼，并用聚乙烯薄膜均勻滾壓應(yīng)變片，以便排除多余的粘結(jié)劑和氣泡，如圖6(b)所示。

6)焊接。應(yīng)變片的引出線很細，且引出線與應(yīng)變片電阻絲的連接強度較低，很容易被拉斷。因此，導(dǎo)線與應(yīng)變片引出線之間通過接線端子連接，接線端子采用302膠粘貼。在應(yīng)變片與端子之間的錨管圓周貼上一圈膠帶紙，其一是防止應(yīng)變片短路，其二是保證圓周的4個應(yīng)變片粘貼位置在同一截面。將應(yīng)變片引出線焊接到接線端子的一端，然后將接線端子的另一端與導(dǎo)線焊接，如圖6(c)所示。焊接時注意防止假焊，焊接完成后用萬用表檢查其是否短路。

7)穿線。對于測試斷面1和測試斷面2，由于距離錨管端頭較近，可通過直徑為0.8mm的細扎絲直接將導(dǎo)線牽引到錨管端頭，如圖6(d)所示。對于測試斷面3和測試斷面4，因測試斷面距離端頭遠，不能直接牽引，但距離錨管另一端較近，可利用直徑為0.8mm的細扎絲將導(dǎo)線從錨管另一端穿出，然后將導(dǎo)線固定在長4m、直徑為1.5mm的鋼絲上，將鋼絲順著錨管內(nèi)壁牽引到錨管端頭，最后將導(dǎo)線在錨管端頭集中引出并編號，如圖6(e)所示。為保證測量方便，導(dǎo)線外留長度為2.5m。

8)保護。由于鎖腳錨管所處環(huán)境復(fù)雜，且其施工屬于粗放式作業(yè)，因此要對應(yīng)變片及導(dǎo)線加以保護。焊接完成后，首先檢查焊接質(zhì)量，然后在應(yīng)變片和接線端子表面涂刷一定厚度的環(huán)氧樹脂保護膠，如圖6(f)所示。

9)安裝錐頭。因鎖腳錨管較長且與圍巖的接觸面大，安設(shè)錨管時圍巖與錨管之間的摩阻力較大，因此在鎖腳錨管尾部安裝一個長3cm的錐頭，以便使錨管能順利地插入預(yù)先鉆好的孔位中，減少對鎖腳錨管壁面?zhèn)鞲衅鞯膿p壞。

(a)沖擊鉆打孔 (b)應(yīng)變片與接線端子粘貼

(c)應(yīng)變片引線、導(dǎo)線焊接 (d)斷面1和斷面2導(dǎo)線內(nèi)引

(e)斷面3和斷面4導(dǎo)線內(nèi)引 (f)應(yīng)變片保護

圖6 鎖腳錨管測試裝置制作

Fig. 6Processingoftestingdeviceforfootlockingbolt

2.2 溫度補償測試設(shè)計與制作工藝

由于鎖腳錨管長3.5m，且放置在土體內(nèi)，勢必會導(dǎo)致每個測點所處的環(huán)境不同，溫度也不同。為使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確，補償塊應(yīng)沿鎖腳錨管全長在相應(yīng)測試斷面處布設(shè)，且不能受力。因此，不能利用傳統(tǒng)方法布設(shè)補償塊。

為了使補償塊材質(zhì)與錨管相同，利用專業(yè)機床從錨管上切割寬為1cm、長為3.6m的板條，在與錨管測試斷面位置相同的板條上粘貼溫度補償片，并將貼有溫度補償片的板條放置在長為3.5m、直徑為26mm、壁厚為2mm的鍍鋅管內(nèi)，最后將鍍鋅管置于測點旁土體內(nèi)。

3 現(xiàn)場試驗

為了驗證該方法測試鎖腳錨管受力的可行性，選擇某土質(zhì)邊坡，采用本文的方法制作鎖腳錨管測試裝置，將鎖腳錨管安裝在邊坡土體中，然后在鎖腳錨管端頭加載，測試其受力狀況。

3.1 試驗儀器

本次試驗鎖腳錨管采用長度為3.5m、直徑為42mm、壁厚為4mm的熱軋無縫鋼管，按照設(shè)計加工制作。

采用的傳感器為BX120-5AA型箔式電阻應(yīng)變片，其技術(shù)指標(biāo)： 電阻值為(119.7±0.1)Ω、靈敏系數(shù)K為(2.08±1)%、柵長×柵寬為5mm×3mm。

采用TST3821E無線遙測靜態(tài)應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)，采樣頻率為1Hz，最高分辨率為1με，測量范圍為±19 999με，自動平衡范圍為±15 000με，零漂每4h≤±3με。

3.2 試驗方案

試驗時，首先對邊坡進行適當(dāng)刷坡，清除鉆孔位置附近的表層土，夯實整平下方地基；然后根據(jù)加載高度確定鎖腳錨管孔位位置，孔位定好后，采用長3.8m的洛陽鏟鉆2個直徑為50mm、深為3.3m的孔，孔位角度和水平方向夾角為0，鉆孔時應(yīng)保證孔腔順直平滑，不應(yīng)出現(xiàn)彎曲或偏位；最后將鎖腳錨管和溫度補償裝置分別安放在鉆孔內(nèi)，鎖腳錨管安放時應(yīng)確保管身上、下端平面與孔位上、下端平面重合。

如前所述，在我國大陸的法律語境下，有組織犯罪可以劃分為普通犯罪集團犯罪、黑社會性質(zhì)組織犯罪以及黑社會組織犯罪，它們分別代表了有組織犯罪的初級、中級和高級發(fā)展形態(tài)。［4］

采用自主研發(fā)的加載系統(tǒng)和反力系統(tǒng)裝置，對鎖腳錨管端部進行垂直向下加載，分別施加1.1、3.2、5.4、7.6、9.8、12.1、14.3kN共7級荷載，測試鎖腳錨管不同測試斷面處的軸向應(yīng)變和彎矩。

3.3 現(xiàn)場測試結(jié)果

鎖腳錨管安設(shè)完畢后，對16個測點的應(yīng)變值進行測試，測點的成活率達到100%。通過對鎖腳錨管端部進行加載，得到了管身軸向應(yīng)變和彎矩的分布規(guī)律。

3.3.1 鎖腳錨管軸向應(yīng)變分布規(guī)律

鎖腳錨管圓周上、下、左、右側(cè)4個部位管身軸向應(yīng)變沿錨管長度方向的分布如圖7所示。

(a)上側(cè)

(b)下側(cè)

(c)左側(cè)

(d)右側(cè)

由圖7可以看出： 鎖腳錨管上側(cè)受拉，下側(cè)受壓，且量值較大，基本呈對稱狀；上、下側(cè)軸向應(yīng)變隨著荷載的增大而增大，尤其是靠近錨管端頭的測點；鎖腳錨管左側(cè)和右側(cè)拉、壓應(yīng)變交替變化，但兩側(cè)應(yīng)變差距較大，主要由于左右兩側(cè)的應(yīng)變值過小，采用貼應(yīng)變片方法測試時精度不足而產(chǎn)生一定誤差，同時在鎖腳錨管的安裝過程中以及管外壁應(yīng)變片的粘貼角度方面也存在一定的人工誤差。

3.3.2 鎖腳錨管彎矩分布規(guī)律

鎖腳錨管上下和左右管身彎矩沿錨管長度方向的分布如圖8所示。

(a)上下方向

(b)左右方向

由圖8可以看出： 鎖腳錨管管身上下方向和左右方向彎矩變化規(guī)律基本一致，隨著荷載的增大而增大，尤其是靠近錨管端頭的測點；在同一荷載作用下，管身上下方向的彎矩從錨管端口開始沿長度方向逐漸減小，管身左右方向的彎矩從錨管端口開始沿長度方向先增大后減小，在距錨管端口1.5m處左右方向彎矩達到最大值?？傮w來說，鎖腳錨管上下方向的彎矩量值較大，左右方向的彎矩量值較小。

結(jié)合軸向應(yīng)變和彎矩的測試結(jié)果可以看出，鎖腳錨管在靠近端頭一側(cè)，沿著上下方向發(fā)生較大的彎曲變形。

為了檢驗測試結(jié)果的合理性，將現(xiàn)場測試完畢的鎖腳錨管從土體中挖出，對其加載前后的管身變形進行對比，如圖9所示。

圖9 鎖腳錨管加載前后管身變形

由圖9可知，管身變形和實測結(jié)果是吻合的，表明該試驗方法是可行的，可以真實反映鎖腳錨管的受力特性。

4 結(jié)論與討論

為研究隧道鎖腳錨管端頭在豎向荷載作用下的受力特性，根據(jù)鎖腳錨管的特點，提出了一種鎖腳錨管受力特性的測試方法，并結(jié)合現(xiàn)場試驗進行驗證，得出如下結(jié)論。

1)本文提出了一種隧道鎖腳錨管受力特性的測試方法——應(yīng)變片外貼導(dǎo)線內(nèi)引的電測法，該方法克服了鋼管表面貼片易損壞、鉆孔引線困難等難題。

2)以工程上經(jīng)常使用的長度為3.5m、直徑為42mm、壁厚為4mm的熱軋無縫鋼管為例，系統(tǒng)介紹了鎖腳錨管受力特性的試驗設(shè)計方案，包括鎖腳錨管管身軸向應(yīng)變測試和管身彎矩測試。

3)給出了鎖腳錨管受力測試裝置的設(shè)計與制作工藝，包括測力錨管的加工和溫度補償條的加工工藝。

4)在某土質(zhì)邊坡對該方法進行了現(xiàn)場應(yīng)用，將鎖腳錨管安裝在邊坡土體中，然后在鎖腳錨管端頭加載，測試其受力狀況。鎖腳錨管安設(shè)完畢后，對16個測點的應(yīng)變值進行了測試，測點的成活率達到100%。為了檢驗測試結(jié)果的合理性，將現(xiàn)場測試完畢的鎖腳錨管從土體中挖出，對其加載前后的管身變形進行對比，得出管身變形和試驗測試結(jié)果相吻合的結(jié)論，表明該試驗方法能夠真實反映鎖腳錨管的受力特性。

盡管應(yīng)變片測試技術(shù)在鎖腳錨管受力特性測試方面得到了成功應(yīng)用，但該方法仍存在一些不足之處，如電阻應(yīng)變片監(jiān)測手段易受到水、電磁等環(huán)境的干擾，耐久性差，不能實現(xiàn)長期分布式實時監(jiān)測。最近幾年發(fā)展起來的光纖光柵傳感技術(shù)，因其具有精度高、靈敏度高、響應(yīng)快、實時性、長距離、準(zhǔn)分布式測量、無零漂、抗電磁干擾及耐久性強等優(yōu)點，在國內(nèi)外土木工程領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用，因而未來可以考慮將此技術(shù)應(yīng)用于鎖腳錨管受力測試當(dāng)中，以解決傳統(tǒng)傳感器測試技術(shù)存在的缺陷。

[1] 王夢恕. 中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M]. 北京： 人民交通出版社，2010.(WANGMengshu.TunnellingandundergroundengineeringtechnologyinChina[M].Beijing：ChinaCommunicationsPress，2010.(inChinese))

[2] 陳建勛. 軟弱地層隧道初期支護技術(shù)—鋼架噴網(wǎng)鎖腳錨桿組合結(jié)構(gòu)[M]. 北京： 科學(xué)出版社，2011.(CHENJianxun.Tunnelprimarysupportingtechnologyinsoftandweakground:Steelframe+shotcrete+steelmeshandfootlockingbolt[M].Beijing：SciencePress，2011.(inChinese))

[3]BobetA,EinsteinHH.Tunnelreinforcementwithrockbolts[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology, 2011, 26(1): 100-123.

[4] 鄧國華，邵生俊，陶虎，等. 鎖腳錨管對土質(zhì)隧道圍巖變形和支護內(nèi)力的影響研究[J]. 土木工程學(xué)報，2010，43(1)： 108-113.(DENGGuohua，SHAOShengjun，TAOHu，etal.Astudyoftheeffectsoflockingtremiesontheinternalforceoftunnelsupportandthedeformationofsurroundingsoil[J].ChinaCivilEngineeringJournal，2010，43(1)： 108-113.(inChinese))

[5] 羅彥斌，陳建勛.軟弱圍巖隧道鎖腳錨桿受力特性及其力學(xué)計算模型[J]. 巖土工程學(xué)報,2013，35(8)： 1519-1525.(LUOYanbin，CHENJianxun.Mechanicalcharacteristicsandmechanicalcalculationmodeloftunnelfeet-lockboltinweaksurroundingrock[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering，2013，35(8)： 1519-1525. (inChinese))

[6] 陳麗俊，張運良，馬震岳，等. 軟巖隧洞鎖腳錨桿-鋼拱架聯(lián)合承載分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2015，34(1): 129-138.(CHENLijun，ZHANGYunliang，MAZhenyue，etal.Jointbearinganalysisforfeet-lockboltandsteelarchinweakrocktunnel[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering，2015，34(1): 129-138. (inChinese))

[7] 李晉. 黃土地區(qū)基樁土共同作用性狀仿真與試驗研究[D]. 西安: 長安大學(xué), 2006.(LIJin．Studyofsimulationandtestofinterreactionbetweenpile-soilinloessarea[D].Xi’an:Chang’anUniversity, 2006. (inChinese))

[8] 朱小軍. 長短樁組合樁基礎(chǔ)模型試驗及承載性能研究[D]. 上海:同濟大學(xué), 2006.(ZHUXiaojun．Studyofbearingbehaviorandmodelingtestofcompositepilefoundationwithlongandshortpiles[D].Shanghai:TongjiUniversity, 2006. (inChinese))

[9] 茍德明，陽軍生，張戈.淺埋暗挖隧道管棚變形監(jiān)測及受力機制分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26(6)： 1258-1264.(GOUDeming，YANGJunsheng，ZHANGGe.Deformationmonitoringandmechanicalbehaviorsofpipe-roofinshallowtunnels[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering，2007，26(6)： 1258-1264. (inChinese))

[10] 李健，譚忠盛，喻渝，等. 淺埋下穿高速公路黃土隧道管棚變形監(jiān)測及受力機制分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30(1)： 3002-3008.(LI Jian，TAN Zhongsheng，YU Yu，et al. Analysis of deformation monitoring and mechanical behaviors of big pipe-roof for shallow-buried large-span tunnel to underpass highway[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(1)： 3002-3008. (in Chinese))

[11] 董曉明. 基于黃土非均勻濕陷變形的橋梁群樁基礎(chǔ)承載特性研究[D]. 西安: 長安大學(xué)，2013.(DONG Xiaoming. Research on load bearing characteristics of bridge group piles foundation based on loess non-uniform deformation[D]. Xi’an: Chang’an University, 2013. (in Chinese))

[12] 朱斌，李濤，畢明君. 海上四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平受荷離心模型試驗[J].巖土工程學(xué)報，2014，36(10)： 1822-1830.(ZHU Bin， LI Tao， BI Mingjun. Centrifuge modelling on tetrapod jacket foundation subjected to lateral loads[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36(10)： 1822-1830. (in Chinese))

[13] 朱斌，熊根，劉晉超，等. 砂土中大直徑單樁水平受荷離心模型試驗[J].巖土工程學(xué)報，2013，35(10)： 1807-1815.(ZHU Bin，XIONG Gen，LIU Jinchao，et al. Centrifuge modelling of a large-diameter single pile under lateral loads in sand[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2013，35(10)： 1807-1815. (in Chinese))

[14] 程海濤. 路堤荷載下軟黃土復(fù)合地基作用機理及承載特性研究[D]. 西安： 長安大學(xué),2008.(CHENG Haitao. Study of action mechanism and bearing characteristics of composite ground under load of embankment in soft loess area[D]. Xi’an： Chang’an University,2008. (in Chinese))

[15] 李巧真,李剛,韓欽澤. 電阻應(yīng)變片的實驗與應(yīng)用[J]. 實驗室研究與探索,2011(4): 134-137.(LI Qiaozhen，LI Gang，HAN Qinze. Experiment and application of resistance strain gauge[J]. Research and Exploration in Laboratory，2011(4): 134-137. (in Chinese))

Experimental Study of Testing Technologies for Stress of Tunnel Foot Locking Bolts

LUO Yanbin1, CHEN Jianxun1, YANG Donghui2, LI Dong1

(1. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China;2.ShaanxiProvinceLandEngineeringConstructionGroup,Xi’an710075,Shaanxi,China)

A new stress testing method for tunnel foot locking bolts, electric measuring method by externally bonded strain gauge, is adopted so as to study the stress characteristics of foot locking bolts under vertical load at bolt end. The stress testing design scheme of foot locking bolt, including strain test along axial line of foot locking bolt and bending moment test, is systematically introduced by taking widely used hot-rolling seamless tube of 3.5 m in length, 42 mm in diameter and 4 mm in thickness for example. The design and technologies for stress testing device of foot locking bolts, including manufacturing of dynamometry bolt and temperature compensation strip, are presented. In addition, the above-mentioned method is applied by field test method at a soil slope. The testing results show that: 1) The monitoring points are all effective after installation of stress testing device. 2) The final deformation of foot locking bolt coincides with testing results under vertical loading at foot locking bolt end. 3) The above-mentioned method is reliable.

tunnel; foot locking bolt; mechanical characteristic; testing method; externally bonded strain gauge

2016-03-09；

2016-08-14

國家自然科學(xué)基金項目(51108034， 51278063， 51408054)； 長江學(xué)者獎勵計劃(T2014214)； 陜西省科技統(tǒng)籌項目(2014KTCG01-02)

羅彥斌(1980—)，男，陜西千陽人，2010年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，地下工程專業(yè)，博士，副教授，主要從事隧道及地下工程的教學(xué)工作。E-mail: lyb@chd.edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.005

U 455

A

1672-741X(2016)12-1435-07