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锚杆蠕变试验需要依据哪些国家或行业标准来规范执行?

三方检测机构-王工 2022-10-25

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锚杆蠕变试验是评估锚杆在长期恒定荷载下变形特性的关键手段,直接关系到岩土工程、矿山、交通等领域结构的长期稳定性。为确保试验结果的准确性与可比性,需严格遵循国家或行业标准的规范要求——这些标准覆盖试验设备、试样制备、荷载控制、数据记录等全流程,适配不同工况下的锚杆类型(如金属锚杆、矿用锚索、公路隧道锚杆等)。本文将梳理锚杆蠕变试验需依据的核心标准,解析各标准的适用场景与关键技术要求。

GB/T 2039-2012《金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法》:金属锚杆的通用基础标准

GB/T 2039-2012是金属材料蠕变试验的通用国家标准,适用于所有金属材质锚杆(如螺纹钢锚杆、圆钢锚杆)的单轴拉伸蠕变试验。该标准的核心逻辑是“控制变量”——通过精准控制荷载与环境,确保试验结果反映材料本身的蠕变特性。试验设备需采用具备自动荷载补偿功能的蠕变试验机,荷载保持精度需控制在±1%的试验荷载范围内,避免因荷载波动干扰蠕变曲线的线性特征。

试样制备方面,标准对金属锚杆的加工要求极为严格:若为圆钢锚杆,需加工为直径10mm~20mm的圆截面试样,标距长度至少为直径的5倍(如直径16mm的试样,标距不少于80mm);若为螺纹钢锚杆,需保留原始螺纹结构,不得切削加工,防止破坏钢材的原始力学性能。试样表面需打磨光滑,避免划痕或锈蚀影响应力分布。

试验步骤需遵循“预加载-恒温-持荷”的顺序:先加载至试验荷载的10%~20%,保持5分钟后卸载,消除试样的初始间隙与残余应力;若需进行高温试验(如模拟地下高温环境),需将温度稳定在规定值的±1℃内,升温速率不超过5℃/min;最后施加试验荷载至规定值,保持荷载并开始计时,按1分钟、5分钟、10分钟、30分钟、1小时……的时间间隔记录变形量,直至达到规定时间或出现加速蠕变。

数据处理上,标准要求绘制“变形-时间”蠕变曲线,计算稳态蠕变率(曲线线性段的斜率),并明确试验报告需包含荷载、温度、标距、蠕变曲线及稳态蠕变率等关键信息——这些要求确保了不同实验室结果的可比性。

MT/T 1061-2007《矿用锚杆(索)蠕变试验方法》:煤矿井下锚杆的专用标准

MT/T 1061-2007是煤炭行业针对矿用锚杆(索)制定的专用标准,适用于煤矿井下树脂锚固、机械锚固或组合锚固的锚杆(如全螺纹钢锚杆、锚索)。由于煤矿井下环境潮湿、荷载复杂(需承受围岩压力与采动影响),标准的核心是“模拟实际工况”,确保试验结果直接指导井下安全。

试样制备需完全复刻井下安装状态:锚杆的锚固段需采用实际使用的树脂药卷(如直径23mm、长度350mm的快速固化药卷),锚固长度与井下一致(通常1m~1.5m);自由段需用塑料套管隔离,避免树脂药卷粘结,模拟井下锚杆的自由变形状态。锚索试样则需保留原始锚具与钢绞线结构,不得截断或替换部件。

试验荷载与时间需匹配煤矿的长期荷载特征:试验荷载为设计荷载的1.0倍(验证长期稳定性)或1.2倍(验证极限蠕变性能),荷载保持精度≤±1%;试验时间至少100小时,若100小时内未出现加速蠕变,需延长至200小时以验证长期稳定性。例如设计荷载100kN的锚杆,试验荷载可取100kN或120kN。

变形测量需聚焦“锚固体系的整体变形”:采用位移传感器测量锚杆头的轴向位移,精度达0.01mm;数据记录间隔为前2小时每15分钟一次,2小时后每1小时一次,12小时后每2小时一次。判定指标明确:100小时内蠕变变形量不超过锚杆长度的0.1%(如2m长锚杆变形≤2mm),且稳态蠕变率≤0.01mm/h。

JT/T 1327-2020《公路隧道锚杆蠕变试验方法》:公路隧道锚杆的工况适配标准

JT/T 1327-2020是交通行业针对公路隧道锚杆制定的标准,适用于公路隧道全长粘结型、端头锚固型及摩擦型锚杆(如中空注浆锚杆、砂浆锚杆)。公路隧道锚杆需承受围岩径向压力与车辆振动荷载,标准重点规范“锚固体系完整性”与“长期变形控制”。

设备要求需模拟隧道的实际受力状态:推荐采用“锚固段-自由段”分离式试验装置——锚固段用高强度混凝土块(强度等级≥C50)模拟隧道围岩,自由段通过试验机施加轴向荷载,确保荷载直接传递至锚固段。试验机需具备荷载保持功能,加载速率控制在0.1kN/s~0.5kN/s,避免冲击荷载破坏锚固体系。

试样制备需匹配公路隧道的设计参数:锚杆锚固长度为1.5m~3m(符合公路隧道常用设计),锚固介质采用实际使用的水泥浆(水灰比0.4~0.5)或树脂药卷,注浆压力与现场一致(如0.3MPa~0.5MPa);锚杆外露长度≥100mm,便于安装位移传感器。

试验步骤需兼顾“预检查”与“长期持荷”:先加载至设计荷载的30%,保持5分钟后卸载,检查锚固体系是否松动;随后施加1.0倍设计荷载,保持荷载并记录变形——前4小时每30分钟一次,4小时后每1小时一次,24小时后每2小时一次,试验时间不少于200小时。

判定要求聚焦“变形稳定性”:200小时内总变形量不超过锚杆长度的0.15%,且最后24小时蠕变变形量≤0.2mm;若变形持续增长且速率加快(进入加速蠕变阶段),则判定锚杆不符合要求。

GB 50086-2015《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》:岩土工程锚杆的验收标准

GB 50086-2015是岩土工程领域的综合性技术规范,其中“锚杆蠕变试验”章节针对基坑、边坡、隧道等岩土工程中的锚杆,规定了验收阶段的试验要求。该规范的核心是“与工程设计结合”,确保试验结果直接服务于工程安全。

试验时机需待锚固介质达到强度:蠕变试验应在锚杆安装完成7天后进行(此时水泥浆或树脂强度达到设计要求),避免因锚固介质未固化导致的变形误判。试验数量需满足统计要求:每30根锚杆抽取1根,不足30根的工程至少抽取1根,且每组试验不少于3根,以保证结果的可靠性。

荷载与时间需匹配工程的长期要求:试验荷载为设计荷载的1.0倍,持续时间不少于100小时;若100小时后蠕变变形速率仍>0.02mm/d(每天变形超过0.02mm),需延长试验至变形速率稳定(连续3天变形速率≤0.02mm/d)。例如某基坑锚杆设计荷载80kN,试验需施加80kN荷载,持续至变形稳定。

变形观测与判定需聚焦“工程安全性”:采用百分表或位移传感器测量锚杆头位移,精度≥0.01mm;试验中若出现锚杆头位移突变(1小时内位移>1mm),需立即停止试验并检查锚固体系(如注浆不饱满或锚具松动)。最终判定标准为:蠕变总变形量不超过锚杆自由段长度的0.1%(如自由段1m,变形≤1mm),且变形速率趋于稳定。

TB 10120-2019《铁路隧道喷锚构筑法技术规程》:铁路隧道锚杆的专项要求

TB 10120-2019是铁路行业针对隧道喷锚支护的技术规程,其中对铁路隧道锚杆的蠕变试验作出专项规定。铁路隧道需承受列车动荷载与长期围岩压力,标准强调“变形稳定性”与“疲劳性能”的结合。

试验荷载需考虑动荷载叠加:试验荷载为设计荷载的1.1倍(高于公路隧道标准),以模拟列车动荷载的附加效应;试验过程中需施加3次循环荷载——荷载从0缓慢升至1.1倍设计荷载,保持5分钟后降至0,间隔30分钟后重复,验证锚杆的抗疲劳性能。例如设计荷载120kN的铁路隧道锚杆,试验荷载需达132kN。

试样制备需符合铁路隧道的材料要求:锚固段采用早强水泥浆(强度等级≥M30),锚固长度1.5m~2.5m;自由段用聚乙烯套管包裹,避免水泥浆粘结,模拟实际受力状态。锚杆需采用铁路专用的高强度螺纹钢(如HRB500E),不得用普通钢材替代。

判定指标更严格:150小时内总变形量不超过锚杆长度的0.08%(如2m长锚杆变形≤1.6mm),且循环荷载后的残余变形量≤0.1mm;若试验中出现锚杆断裂、锚固段滑移(位移>2mm)等现象,直接判定不合格——这些要求确保了铁路隧道锚杆在长期动荷载下的安全性。

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