形状记忆合金式锚杆的提出及抗拔承载力特性分析

针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移关系,基于SMA宏观唯象本构模型,由逆悬臂梁问题的思路求解合金片的扩张力和位移关系,基于合金片与土体的变形协调条件对计算模型进行求解,进而得到锚杆抗拔承载力的计算公式,并依托MATLAB软件编制求解程序;结合算例,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立有限元模型,对合金片-土体相互作用的力学特性进行仿真分析,结果所得的接触力与理论方法计算的扩张力总体分布趋势相似,验证结构的快锚效果和合金片扩张力理论计算方法的可靠性。算例分析表明:合金片的扩张力主要在其弯曲段增长,合金片厚度越大锚杆抗拔承载力越大;相比传统注浆锚杆,新型锚杆很大程度上缩减了锚固段长度,降低了工程成本。研究成果能够为新型锚杆的设计应用提供理论依据和指导。