白曉宇， 井德勝， 王海剛， 閆 楠, 2， 王永洪, 2， 張明義*

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院， 青島 266033；2.山東省高等學(xué)校藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)工程建設(shè)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心， 青島 266033)

近十年來，隨著城市化的加速，城市地上可利用空間急劇減少，地上交通日益繁重，交通網(wǎng)絡(luò)日益煩瑣。各級(jí)政府紛紛改變方向，把目光投向地下空間。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局相關(guān)報(bào)道，截至2018年底，地鐵已經(jīng)遍布全國43個(gè)城市，總里程達(dá)到5 295 km，根據(jù)近十年增長情況可推測，今后仍然會(huì)以每年550 km的速度增長[1]。

作為最常用的一種邊坡防護(hù)方式，錨桿的支護(hù)效果及穩(wěn)定性一直被業(yè)界看好[2]。而傳統(tǒng)金屬錨桿存在著難以根除的弊端，其耐腐蝕性很差，對(duì)于臨時(shí)防護(hù)，其弊端可能不夠突出。而相對(duì)于地下永久性錨固結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的地下腐蝕環(huán)境，其耐久性根本難以保證。雖然有不少學(xué)者給出了金屬錨桿的抗腐蝕措施[3-6]，但仍然難以彌補(bǔ)這一缺陷。并且，隨著礦產(chǎn)資源不斷消耗，很多不可再生資源，尤其是鐵礦石資源，早就難以保證其日趨增長的需求量，尋找金屬錨桿的代替品顯得迫在眉睫。

在人們不斷尋找的鋼筋替代品中，繼玻璃纖維復(fù)合增強(qiáng)聚合物(glass fiber reinforced polymer，GFRP)、碳纖維復(fù)合增強(qiáng)聚合物(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)、芳綸纖維復(fù)合增強(qiáng)聚合物(aramid fiber reinforced polymer，AFRP)被熟知后，玄武巖纖維復(fù)合增強(qiáng)聚合物(basalt fiber reinforced polymer，BFRP)走進(jìn)人們的視野[7-8]。20世紀(jì)早期，法國Paul[9]發(fā)明了“玄武巖纖維制造技術(shù)”。20世紀(jì)80年代，蘇聯(lián)研制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[10]。進(jìn)入21世紀(jì)，中國才開始針對(duì)玄武巖纖維材料采取針對(duì)性的措施。一些高校、科研院所聯(lián)合制造商先后進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)、試驗(yàn)及優(yōu)化，隨著生產(chǎn)工藝的日趨嫻熟，研究者對(duì)玄武巖纖維材料基本性能進(jìn)行研究，隨著研究不斷深入，開始將制品應(yīng)用于工程。因其巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，先后在2001年6月，中國同俄羅斯政府合作實(shí)施了“高新科技合作項(xiàng)目”；2002年5月深圳市將其寫入“科技計(jì)劃”，同年8月被國家列入“863計(jì)劃”；2004年5月被列入國家級(jí)火炬計(jì)劃[11]。在國家大力推動(dòng)下，BFRP錨桿的研究正在積極推進(jìn)。

早期，吳智深團(tuán)隊(duì)[12-13]、吳剛等[14]、陳尚建等[15-16]、陳緒軍等[17]率先對(duì)玄武巖纖維材料本身屬性及其復(fù)合材料性能進(jìn)行研究，他們通過將BFRP應(yīng)用在混凝土加固工程，橋梁拉索結(jié)構(gòu)以及道路瀝青面層施工中，都得到了不錯(cuò)的效果，充分驗(yàn)證其在工程應(yīng)用中的可行性，而且其認(rèn)為玄武巖纖維材料在未來的建筑行業(yè)將發(fā)揮不可估量的作用?，F(xiàn)對(duì)BFRP錨桿試驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，以為BFRP錨桿在邊坡支護(hù)工程中的設(shè)計(jì)及發(fā)展有所參考。

1 BFRP錨桿簡介

1.1 BFRP筋的基本組成

玄武巖纖維是以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維，是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料，繼碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維后受到廣泛好評(píng)，是目前大范圍推廣的纖維增強(qiáng)材料。BFRP錨桿是將浸泡于合成樹脂等基體材料中的玄武巖纖維，摻入適量輔助劑后，經(jīng)多次連續(xù)拉擠工藝及特殊的表面處理后形成的一種新型復(fù)合材料錨桿[18]，如圖1所示[19]。由于玄武巖纖維材料具有抗拉強(qiáng)度高(同規(guī)格普通鋼筋的3倍)、耐腐蝕、介電性好、無毒且不燃等優(yōu)點(diǎn)，被作為鋼筋錨桿的良好替代品[20-22]。有研究表明，BFRP筋的造價(jià)成本要比相同規(guī)格的鋼筋制品節(jié)約20%左右。玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂主要性能指標(biāo)如表1所示[22]。

圖1 BFRP筋和GFRP筋實(shí)物圖Fig.1 Physical diagrams of BFRP bars and GFRP bars

表1 玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂主要物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Main physical and mechanical indexes of basalt fiber and epoxy resin

1.2 BFRP錨桿邊坡錨固的工作原理

在邊坡支護(hù)中，由于BFRP預(yù)應(yīng)力錨桿比BFRP普通錨桿受力更加可靠，加固效果更好，所以目前大多采用預(yù)應(yīng)力型[24]。BFRP預(yù)應(yīng)力錨桿與普通金屬錨桿類似，主要由錨桿、錨具、錨固體三部分構(gòu)成，如圖2所示。通常情況下，將BFRP錨桿與邊坡外坡面固定端稱之為外錨固段，BFRP 錨桿與錨固漿體間錨固段稱之為內(nèi)錨固段；把BFRP錨桿桿體與錨固漿體稱之為第一界面，把錨固漿體與邊坡土(巖)體稱之為第二界面[25]。BFRP錨桿錨固如圖3所示，其錨固力存在于兩階段。錨桿預(yù)應(yīng)力使得周圍土體處于受壓的穩(wěn)定狀態(tài)，也就是錨桿主動(dòng)受載階段；隨著荷載的增大，錨桿預(yù)應(yīng)力被耗盡，由錨桿軸向拉力逐漸增大，也就是錨桿被動(dòng)受載階段。無論主動(dòng)還是被動(dòng)，都是實(shí)現(xiàn)錨固段的第一、第二界面力與端頭墊板承載力形成平衡機(jī)制[26]。

圖2 BFRP錨桿效果圖Fig.2 Effect diagram of BFRP anchor

1為錨具；2為墊板；3為錨固墩；4為桿體;5為錨固砂漿圖3 BFRP錨桿構(gòu)造示意圖Fig.3 Schematic diagram of BFRP anchor structure

2 BFRP錨桿試驗(yàn)研究進(jìn)展

21世紀(jì)以來，隨著玄武巖纖維材料走進(jìn)大眾視野，因其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的力學(xué)性能[27]，許多高校、企業(yè)開始著手對(duì)其研究，試圖尋找其更大的利用價(jià)值，例如可以取代不可再生資源(鐵礦石等)。近十年，玄武巖纖維材料作為錨固構(gòu)件被引入到邊坡防護(hù)工程中，中國在這方面研究更晚，且目前研究大多處于理論研究階段，現(xiàn)場試驗(yàn)較少。對(duì)BFRP錨桿的研究主要從以下幾個(gè)方面論述：BFRP錨桿基本力學(xué)性能、耐久性、黏結(jié)性能、BFRP錨桿邊坡支護(hù)的安全系數(shù)及BFRP現(xiàn)場錨固試驗(yàn)。

2.1 BFRP錨桿的基本力學(xué)性能

為了探究BFRP錨桿在邊坡工程中應(yīng)用的可行性，必須對(duì)其力學(xué)特征進(jìn)行分析。其基本力學(xué)性能指標(biāo)是BFRP錨桿的工程設(shè)計(jì)的重要參考。通常，研究者通過對(duì)試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得出荷載-位移曲線，經(jīng)過數(shù)值處理得出抗拉強(qiáng)度、彈性模量、伸長率等指標(biāo)。

由《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用玄武巖纖維復(fù)合材料》(GB/T 26745—2011)[28]可知，依據(jù)荷載(應(yīng)力)-應(yīng)變曲線所采集的數(shù)據(jù)，按式(1)計(jì)算可以得到拉伸強(qiáng)度：

(1)

式(1)中：fu為拉伸強(qiáng)度，MPa；Fu為彈性階段拉伸荷載最大值，N；A為試件的橫截面面積，mm2。

拉伸彈性模量通過20%～60%拉伸彈性階段的荷載最大值之間的荷載-應(yīng)變曲線按式(2)計(jì)算：

(2)

式(2)中：E為拉伸彈性模量，MPa；ΔF為20%和60%拉伸彈性階段的荷載最大值的荷載差值，N；Δε為對(duì)應(yīng)20%和60%拉伸彈性階段的荷載最大值的應(yīng)變差值。

近年來，BFRP材料受眾多研究者推崇，其基本力學(xué)的試驗(yàn)研究較多?；魧殬s等[18]通過對(duì)不同玄武巖纖維摻量的BFRP筋進(jìn)行室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，結(jié)果表明筋材受拉彈性模量隨玄武巖纖維摻量的增多而變大、得出其抗拉強(qiáng)度、拉伸模量等部分量化指標(biāo)。為了提高數(shù)據(jù)的精確性。顧興宇等[29]在BFRP筋生產(chǎn)過程中就將光纖檢測計(jì)植入體內(nèi)，得出了同樣的結(jié)論。部分學(xué)者通過對(duì)比多種纖維增強(qiáng)材料，可以直觀看出BFRP的特點(diǎn)。劉紀(jì)峰等[30]通過對(duì)直徑為8、10、12 mm的BFRP和GFRP六種錨桿進(jìn)行張拉對(duì)比試驗(yàn)，如表2所示。發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度最大為BFRP筋，其次為GFRP筋，平均極限抗拉強(qiáng)度比GFRP的大9.4%，為HRB335鋼筋極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.93倍，同時(shí)BFRP筋和GFRP筋的密度只為HRB335鋼筋的1/5～1/4。曹曉峰等[31]對(duì)多種不同直徑BFRP筋進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，得出了類似的試驗(yàn)結(jié)果，并且在進(jìn)行的剪切試驗(yàn)中，得出其抗剪強(qiáng)度要略低于鋼筋錨桿。BFRP筋、GFRP筋及HRB335鋼筋主要規(guī)格和性能指標(biāo)如表2所示。

表2 BFRP筋、GFRP筋及HRB335鋼筋主要規(guī)格和性能指標(biāo)

注：本表依據(jù)《公路工程玄武巖纖維及其制品第4部分：玄武巖纖維復(fù)合筋》(JT/T 776.4—2010)中第6條[32]；《土木工程用玻璃纖維增強(qiáng)筋》(JG/T 406—2013)中的第5條[33]。

2.2 BFRP筋耐腐蝕性能

在邊坡防護(hù)工程的永久錨固體系中，錨固構(gòu)件的耐腐蝕性直接影響其長期工作性能。BFRP筋的耐腐蝕性遠(yuǎn)高于鋼筋錨桿，微觀上認(rèn)為，其根本原因在于BFRP筋原材料之一玄武巖纖維主要是由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O等氧化物組成，正是這些氧化物賦予了玄武巖纖維優(yōu)異的耐腐蝕性[34]。鄭勁東等[35]通過對(duì)比玻璃纖維成分發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維存在特有的MgO、Na2O、K2O、TiO2等成分，這也造就了BFRP具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，尤其是堿環(huán)境中的耐蝕性俱佳。

近年來，研究者將BFRP筋浸入酸、堿、鹽、去離子水中，模擬地下腐蝕環(huán)境，探討其腐蝕機(jī)理?；粑撵o等[36]、張志春等[37]等對(duì)BFRP筋進(jìn)行室溫下的耐腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蒸餾水及強(qiáng)堿溶液對(duì)BFRP筋的抗拉強(qiáng)度與拉伸模量影響較小。Altalmas等[38]將BFRP筋、CFRP筋、GFRP筋三種筋材放在相同的腐蝕環(huán)境下，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不論是耐腐蝕性，還是與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，都彰顯了BFRP筋的優(yōu)勢。楊國梁[39]將不同直徑的BFRP筋浸泡于酸、堿溶液中30 d，取出測其強(qiáng)度，得出其強(qiáng)度保留率均高達(dá)93%。Wu等[23]通過對(duì)6 mm的無應(yīng)力BFRP筋進(jìn)行室內(nèi)長期耐久性試驗(yàn)，基于Arrhenius理論，將試件放在不同腐蝕環(huán)境中，對(duì)比發(fā)現(xiàn)BFRP筋在酸、鹽和去離子水作用下，對(duì)耐久性的影響小于在堿性溶液作用下的BFRP筋，如圖4所示。其他進(jìn)行耐腐蝕性試驗(yàn)的研究者，與Li等[40]、Wu等[41]也得出相同的結(jié)論。

圖4 試驗(yàn)裝置效果圖Fig.4 Effect diagram of the test device

2.3 BFRP錨桿的黏結(jié)性能

在錨桿支護(hù)工程中，BFRP筋能否取代鋼筋，除了其本身屬性滿足外，與錨固劑之間的協(xié)調(diào)工作性更要滿足要求，由于BFRP錨桿的黏結(jié)性能的影響因素較為復(fù)雜，近年來一直作為研究者的熱點(diǎn)話題，通常錨固體-巖土體界面黏結(jié)問題比較單一，可以通過工程措施加以改善。而錨筋-錨固體界面問題就顯得復(fù)雜多樣。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[42-47]，其影響因素主要包括：①BFRP筋生產(chǎn)工藝(直徑、表面形狀、有無彎鉤等)；②錨固劑類型(配合比、強(qiáng)度等)；③施工工藝(黏結(jié)長度、黏結(jié)方式、保護(hù)層厚度等)；④環(huán)境。傳統(tǒng)單因素分析方法在研究FRP筋黏結(jié)性能時(shí)，顯然，試驗(yàn)工作量較大，周期較長，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。而采用多因素分析方法的正交試驗(yàn)就顯得高效。

由于BFRP錨桿各向異性的特點(diǎn)，在進(jìn)行拉拔試驗(yàn)前，都用到了特殊的端頭夾持裝置。并且大多將固定端利用鋼套管包裹的錨固形式[48-50]。吳芳[48]提出筋材黏結(jié)破壞形式有拔出破壞和劈裂破壞，并把受力過程分為：微滑移、滑移、拔出、下降以及殘余五個(gè)階段。而張紹逸[49]認(rèn)為BFRP筋在拉拔試驗(yàn)中的破壞形式有斷筋破壞、拔出破壞和劈裂破壞，其在對(duì)96個(gè)中心拉拔試件進(jìn)行正交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)BFRP筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度范圍為8.07～32.1 MPa，在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析中，認(rèn)為混凝土強(qiáng)度、錨桿直徑、黏結(jié)長度是影響B(tài)FRP錨桿黏結(jié)強(qiáng)度的主要原因。張?zhí)禊i[50]也證實(shí)，并得出混凝土強(qiáng)度影響最大，黏結(jié)長度和黏結(jié)寬度次之的結(jié)論。沈新等[51]針對(duì)不同螺紋形態(tài)這一影響因素的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有螺紋筋明顯高于無螺紋筋，且得出黏結(jié)強(qiáng)度范圍介于11.592～23.578 MPa。在已有的BFRP筋黏結(jié)性能研究中，很顯然，關(guān)于BFRP黏結(jié)性能的定性指標(biāo)較穩(wěn)定，但量化指標(biāo)差異較大。究其原因，在試驗(yàn)過程中，沒有相關(guān)規(guī)范做參考，大部分試驗(yàn)方法依據(jù)改良后原有規(guī)范下進(jìn)行的，其次他們使用的BFRP桿體來自不同生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品性能也存在較大差異。

2.4 BFRP錨桿邊坡支護(hù)的安全系數(shù)

在邊坡防護(hù)中，錨桿用于錨固卸載后的松動(dòng)巖土體，防止被錨固體發(fā)生較大位移，從而導(dǎo)致大面積整體塌方，避免人員和財(cái)產(chǎn)損失。在錨桿邊坡支護(hù)參數(shù)的選取中，通常對(duì)錨桿的抗拉安全系數(shù)、桿體-錨固體界面及錨固體-巖土體界面黏結(jié)安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于支護(hù)結(jié)構(gòu)所屬行業(yè)不同，所以其遵照的規(guī)范也不同，導(dǎo)致所取的安全系數(shù)也不同。目前，針對(duì)BFRP錨桿邊坡支護(hù)安全系數(shù)的研究較少，研究者普遍在傳統(tǒng)鋼筋錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)BFRP筋的特性做適當(dāng)調(diào)整。

由于參考的標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境地質(zhì)、結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)等差異，劃分了不同的安全系數(shù)。其中，錨桿的張拉強(qiáng)度安全系數(shù)是基于對(duì)錨栓特性的認(rèn)識(shí)。安全系數(shù)也與錨桿受拉后的儲(chǔ)備強(qiáng)度有關(guān)。Cosenza等[52]取FRP筋的抗拔安全系數(shù)為2.5進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合日本土木工程學(xué)會(huì)(JSCE)規(guī)程。郭成鵬等[53]參考鋼筋錨桿相關(guān)規(guī)范，對(duì)一土質(zhì)邊坡進(jìn)行BFRP錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，拉拔安全系數(shù)取值為2.0。由于BFRP筋與鋼條材料屬性的不同，將BFRP錨的安全系數(shù)分為張拉強(qiáng)度安全系數(shù)和拉出安全系數(shù)。拉出安全系數(shù)包括錨桿與注漿之間、注漿與地層之間的黏結(jié)安全系數(shù)。Zhu等[54]提出了非預(yù)應(yīng)力BFRP錨桿在支護(hù)土質(zhì)邊坡中的設(shè)計(jì)參數(shù)，認(rèn)為非預(yù)應(yīng)力BFRP筋的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)：永久性結(jié)構(gòu)不低于1.6，臨時(shí)性結(jié)構(gòu)不低于1.4。材料的安全系數(shù)反映了材料特性的差異和結(jié)構(gòu)抗力的計(jì)算模式。高先建[55]認(rèn)為，對(duì)于FRP筋來說，材料安全系數(shù)的確定必須考慮FRP筋線彈性、脆性等性質(zhì)，同時(shí)也要考慮材料在制造和運(yùn)輸過程中損耗、試驗(yàn)采用的筋與結(jié)構(gòu)應(yīng)用的筋在材料性質(zhì)上的差異及溫度和環(huán)境條件對(duì)FRP筋物理化學(xué)性能的影響。

2.5 現(xiàn)場試驗(yàn)

近年來，有部分研究者在充足的室內(nèi)試驗(yàn)及較完善理論數(shù)據(jù)的前提下，開始著手進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)初探。由于缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常根據(jù)傳統(tǒng)鋼筋錨桿《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)[56]、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[57]等相關(guān)規(guī)范規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

趙文等[58]通過對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，對(duì)BFRP錨桿和鋼筋錨桿進(jìn)行為期8個(gè)月的受力與變形監(jiān)測。試驗(yàn)結(jié)果表明，如圖5所示，根據(jù)不同測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，直徑為14 mm的BFPR錨桿與直徑25 mm的HRB335鋼筋錨桿受力特征相似，從而，得出BFRP錨桿代替金屬錨桿的可行性。同年高巖川[59]在巖石邊坡對(duì)BFRP錨桿與鋼筋錨桿進(jìn)行現(xiàn)場對(duì)比試驗(yàn)，如圖6所示，采用與文獻(xiàn)[58]同規(guī)格試件，錨桿變形特征相似，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。

圖5 不同測點(diǎn)下的兩種錨桿受力變化曲線對(duì)比Fig.5 Comparison of force change curves of two anchor rods under different measuring points

圖6 兩種錨桿位移變化曲線對(duì)比Fig.6 Comparison diagram of displacement curves of two types of anchors

馮君等[25]對(duì)兩種錨桿進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，通過繪出的荷載-位移曲線可知，相同荷載下，BFRP錨桿位移稍大，研究者認(rèn)為，由于兩者彈性模量不同導(dǎo)致這種情況。在分析界面破壞中，兩者均以第二界面破壞為主，BFRP筋的錨筋-錨固體界面破壞較嚴(yán)重。究其原因，一方面，鋼筋錨桿的錨筋-錨固體界面黏結(jié)性能要優(yōu)于BFRP筋；另一方面，加工工藝的差異導(dǎo)致界面摩擦力與機(jī)械咬合力有所差異。

3 BFRP錨桿支護(hù)數(shù)值模擬研究進(jìn)展

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)軟件開發(fā)功能越來越貼近工程實(shí)際，順勢而生的數(shù)值模擬因其資金投入低、計(jì)算速度快且與實(shí)際符合性較高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為錨固支護(hù)研究的一項(xiàng)重要手段，對(duì)邊坡工程的支護(hù)設(shè)計(jì)、方案審定以及險(xiǎn)情預(yù)測等方面都發(fā)揮了重要的作用。目前，學(xué)者和專家在模擬地層及錨桿行為方面應(yīng)用較多的軟件有FLAC3D、ABAQUS、ANSYS等。俞晨暉[60]利用ABAQUS軟件模擬錨桿支護(hù)邊坡，通過建立摩爾-庫侖模型，添加腐蝕環(huán)境，探討B(tài)FRP錨桿和鋼筋錨桿經(jīng)過腐蝕作用而對(duì)邊坡安全穩(wěn)定性的影響(僅考慮結(jié)構(gòu)自重)，證實(shí)了BFRP錨桿在腐蝕環(huán)境替代鋼筋錨桿的可靠性。朱建龍[19]運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)BFRP錨固體系應(yīng)力情況進(jìn)行模擬，如圖7所示，確定了BFRP錨桿在荷載、錨固長度和鉆孔直徑等因素影響下的應(yīng)力分布情況。

李慈航等[61]利用振動(dòng)臺(tái)模擬地震作用，如圖8所示，對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行分級(jí)支護(hù)，對(duì)比BFRP錨桿支護(hù)邊坡與無支護(hù)邊坡的振動(dòng)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)BFRP錨桿支護(hù)邊坡僅在局部位置出現(xiàn)部分剪切裂縫，整體穩(wěn)定性較好，具有良好的抗震性能，證實(shí)了BFRP錨桿在加固邊坡工程的可行性。

圖7 BFRP錨固系統(tǒng)模型Fig.7 BFRP anchorage system model

圖8 模型測點(diǎn)布置示意圖Fig.8 Sketch of monitoring points arrangement of the model

4 結(jié)論與建議

BFRP材料作為21世紀(jì)新興材料，因其優(yōu)良的力學(xué)性能和出色的耐腐蝕性被業(yè)界普遍看好，在土木、建筑、水利工程中的應(yīng)用越來越多。就BFRP錨桿在邊坡支護(hù)工程中應(yīng)用研究作以下總結(jié)：

(1)就中外對(duì)BFRP筋材基本力學(xué)指標(biāo)、抗腐蝕能力等方面的試驗(yàn)研究進(jìn)行總結(jié)歸納。由于試驗(yàn)條件、制作工藝、原材料產(chǎn)地等因素差異，并沒有得出統(tǒng)一的指標(biāo)，但可以確定的是，BFRP筋的力學(xué)性能明顯高于同規(guī)格的鋼筋，且抗腐蝕性也是BFPR筋的最大亮點(diǎn)。

(2)中外學(xué)者對(duì)BFRP錨桿取代鋼筋錨桿用于邊坡支護(hù)開展了豐富的研究工作，通過錨固系統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過現(xiàn)場錨固效果及長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證了BFRP錨桿取代傳統(tǒng)金屬錨桿的適宜性。

(3)目前少量研究者從數(shù)值模擬方面對(duì)BFRP錨桿耐腐蝕性能及其在邊坡支護(hù)工程應(yīng)用進(jìn)行分析，可以很容易進(jìn)行不同環(huán)境、不同地質(zhì)情況的研究。一方面驗(yàn)證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，另一方面為BFRP筋應(yīng)用于其他工程探索新的思路。

針對(duì)未來BFRP錨桿能夠更好地服務(wù)工程建設(shè)，提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)BFRP錨桿具有很大的優(yōu)勢，但對(duì)比其他纖維增強(qiáng)聚合物材料(CFRP、AFRP、GFRP)相比也有自己不足之處，建議進(jìn)行有序地、系統(tǒng)地對(duì)比試驗(yàn)，充分利用各自的優(yōu)勢，使效益最大化。

(2)在數(shù)值模擬方面，由于纖維增強(qiáng)聚合物材料的本身屬性較復(fù)雜，在建立模型階段，BFRP錨桿的各項(xiàng)本體參數(shù)還不夠科學(xué)和具體，需進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究。

(3)進(jìn)一步完善BFRP錨桿相關(guān)國家和地方標(biāo)準(zhǔn)的制定，推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)步，使得BFRP制品在生產(chǎn)過程中規(guī)范化，試驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)化，試驗(yàn)方法科學(xué)化。