在岩土体开挖施工的过程中，由于卸载土体内部应力会重新分布，这时应力场变化后内力达到重新平衡，引起土体的变形，或是由于重分布后土体单元的应力圆达到破坏线而导致坍塌。工程上产生的滑坡、岩崩、地面沉降等地质灾害均是由于土体内力场不利分布而导致[1]。为防止上述不良后果的产生，人们常用钢筋或钢绞线来作为抗拉材料，将其一端固定在岩层深部，一端锚固在岩体表面，来抵抗土体的变形，维持土体稳定。这些用来加强土体的抗拉杆体称为锚杆。锚固技术是岩土工程中的一个重要分支，近年来发展迅速，越来越受到学者和工程技术人员的重视。最大的优点是能够使用抗拉材料来加强土体自身的稳定性。

 

　　锚杆与传统的加固方法有着根本的不同：后者常常是被动地承受破坏岩土体所产生的荷载，而前者可以主动地加固岩土体，有效的控制其变形，防止岩土体的坍塌与破坏。并且还具有占用空间少、工作效率高、环境影响小、社会效益显著等优点。

 

　　早在上个世纪40年代，美国和前苏联就已经将锚杆应用于井下隧道支护，在煤矿、金属矿山、水利、隧道以及其它的地下工程中也广泛地使用了锚杆支护。

 

　　我国自20世纪50年代开始在金属矿、煤矿系统使用锚杆以来，目前在矿山、建筑、交通、水电和国防等工程领域中已大量地使用这项技术。例如在常见的大坝工程中，可以利用锚杆加固坝基和坝肩，还可对大坝进行加高，并且更为重要的是，在采用锚固技术施工的同时，不必放空水库，不用重修围堰，也不会增加坝体重量，这对坝体的整体稳定及抗震都极为有利；在支护大跨度地下洞室的顶拱或边墙工程中，锚杆通常与压力灌浆或钢丝网喷混凝土联合使用；利用锚杆增加岩土边坡尤其是高边坡的稳定性，这也是锚杆技术最为常用的地方；深基坑支挡工程和竖井工程已经隧洞和隧道工程中也常常采用锚杆技术等；是20世纪80年代后，随着计算机技术的广泛应用，把锚杆、喷射混凝土支护和现场测量监控、信息采集技术相结合，采用及时支护、分期施工全环封闭等一整套方法，充分发挥了围岩自承能力的设计原则，已经成功的应用于地质复杂的地下工程中。

 

　　尤其在近几十年以来，锚固技术就以其简便的工艺、广泛的用途和良好的效益，在岩土加固领域中表现出了极大的应用价值，几乎已经涉及到岩土工程的各个领域。不过，当前在施工方法上我国还是以水泥注浆的锚杆技术为主，虽然此类锚杆的成本较低，但就其应用的性价比而言，仍然不及树脂锚杆，其在发达国家的矿山工程和地下工程中已大量使用。对于树脂锚杆的研究和应用，我国与国外还有一定的差距。

 

 

　　（1）悬吊作用

 

　　该原理认为通过锚杆支护，为不稳定的岩土体提供足够的拉力，将其悬吊于稳定的岩土体之中，防止其离层滑落，从而维持工程稳定。这种作用在地下工程锚固中表现尤为突出。

 

　　（2）组合梁作用

 

　　该原理把薄层状岩体看成一种“梁”，在没有锚固前，它们只是简单叠加在一起。在荷载作用下，单个“梁”的上下边缘分别受压和受拉，由于层间抗剪力不足，均会产生各自的弯曲变形，整个岩体的变形就比较大。但当把锚杆打入到岩体一定深度后，相当于用螺栓将它们紧固成组合梁，各层板便相互挤压，层间摩阻力大为增加，岩体内部应力和挠度大为减少，这样便增加了组合梁的抗弯强度。

 

　　（3）挤压加固作用

 

　　T.A.Lang通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用，当在弹性体上安装具有预应力锚杆时，发现弹性体内形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩带，若将锚杆以适当的间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，便形成了一定的连续压缩带。为说明锚杆对破碎岩土体的支护作用，我国冶金建筑研究总院等单位曾先后用碎石、混凝土碎块作材料模拟破碎地层，然后采用锚杆加固，结果发现加固后的模型承载力大为提高。这说明通过锚杆加固，即使毫无粘结力的碎石也能被加固成承受相当大荷载的整体结构，因此，锚杆这种挤压作用在软弱破碎岩体中能得到较大的发挥。

 

　　（4）增强作用

 

　　该原理认为针对节理密集破碎岩体，或是较为软弱的土体，施加锚杆，相当于在其内部增加了筋骨，使其在抵抗外力的情况下表现成一个整体，从而增强了锚固区围岩土体的强度。

 

　　（5）销钉作用

 

　　锚杆穿过滑动面时，所表现出的“阻剪抗滑”作用。

 

　　锚杆锚固段及其周围土体的摩阻力会直接影响承载力的大小。目前研究的手段主要有试验、数值模拟和解析解，下面着重对试验解和数值解进行讨论。通过试验可知，锚固力的增加与锚固长度的增加并不完全成正比，随着锚固段长度的增加，锚固力的增加变慢。锚杆长度有个经济长度，过长则对承载力的增加没有贡献。在锚杆受力后，锚固段与围岩间产生剪应力。但这个剪应力的峰值与锚杆承载力的峰值不是同时出现。当承载力较小时，剪应力已经达到峰值，此时锚杆的位移较小。当锚杆的承载力达到峰值时，锚杆的位移较大。锚固段与围岩间的剪应力峰值大小与围压有关，围岩越大则极限摩阻力越大。随着锚固段的增长，其与围岩的平均摩阻力会减小，这也验证了靠增加杆长来增加锚固力不是很经济。

 

　　四、存在的问题和研究方向

 

　　由于影响岩土体承载力和应力传递的因素较多，任何研究都不能把所有的因素考虑到，因此对于岩土中锚固的研究不是很充分。以下几个方面还需要提高，是未来锚固技术的研究热点。

 

　　1.锚固体上应力分布规律没有得到完全认识。锚固体上的应力是不均匀的，其峰值位置是变化的，但还没有得到一个完满的解析关系。在实际应用中仍然是做均匀分布的假设。

 

　　2.针对锚固体系及接触介质的力学性能研究不充分。锚固破坏主要在于锚固段与围岩和杆体与注浆体之间的界面。如何充任认识界面力学性质，是研究人员今后的主要任务。