预应力锚固技术具有对岩土体扰动小、提前预加固、施工快、安全、经济等优点，在边坡加固工程中得到广泛应用，并取得了显著的经济和社会效益^[1-3]，锚索锚固力大，可长距离穿越岩土体，已成为大型工程预应力锚固技术的首选，在水电、市政、山区大型高边坡工程进行了大量的运用，但现场应用和监测表明，很多预应力锚索工程受各种因素影响存在长期预应力损失，往往导致工后一定时期，锚固性能降低，达不到预期的锚固效果，随着我国锚索预应力吨位的不断加大，锚索应力损失问题已成为越来越多学者关注的前沿性课题^[4-5]。

锚索预应力损失的很大一部分是预应力锚索在长期荷载作用下，由于钢绞线松弛、锚固段岩体蠕变等造成的预应力损失^[6-7]。国内外诸多学者对影响锚索预应力损失的因素进行了研究^[8-11]，总结出了一些锚索预应力变化规律^[12-15]，对锚索的预应力损失机制有了一定的认识^[16-18]，但对于张拉方式对预应力损失的影响则少有研究，本研究通过现场试验探究了多循环张拉方式和单循环张拉方式下锚固段岩体的塑性位移，进而分析其对预应力锚索预应力损失的影响。

本试验工点位于福建省永泰县境内葛丹公路K0+280~+400左侧山坡一处滑坡体，2017年5月下旬~6月上旬当地出现连续强降雨，原边坡左侧K0+280~K0+400段出现滑塌变形，形成长约60~120 m，厚约4~18 m，高约30~50 m的滑塌体。

本滑坡段为剥蚀丘陵地貌区，天然坡度约40~55°，坡体由东北至西南向逐渐增高。场地上覆残坡积土(Q^dl+el)，下伏基岩为(K₁Z²)晶屑熔结凝灰岩及其风化层，凝灰熔岩及其风化层。现场地质调绘、钻孔资料表明，坡体表层土体较松散，受两条构造影响，附近岩层发育多组节理裂隙。本滑坡位处丘陵山地，场区地表水系不发育。地下水主要为基岩风化带中的孔隙裂隙水，主要赋存于强-中风化层中，透水性一般，富水程度一般。

治理工程措施如下：1级边坡采用预应力锚索地梁，坡率1:0.5，锚索总长16 m，锚固长度10 m，设计拉力700 kN；2级边坡采用预应力索框架，坡率1:0.75，锚索总长25 m，锚固长度10 m，设计拉力700 kN；3~6级边坡采用预应力锚索框架，坡率1:1，锚索长度20~36 m不等，设计拉力700 kN。

试验选取两组工程锚索，共计6孔，每组3孔，分别采用多循环加卸载和单循环加卸载方式进行对比张拉试验，绘制出荷载-位移曲线进行对比分析。

选取二级坡同一地层处相邻的6孔工程锚索进行试验，两组锚索相间布设，锚索编号2-2-14~2-1-19，因考虑到对比分析，根据地勘资料选择地层岩性相同区域的预应力锚索进行试验。多循环与单循环相间布置，依次记为“多1^#”、“单1^#”、“多2^#”、“单2^#”、“多3^#”、“单3^#”。试验锚索为6束1 860 MPa级ϕ15.24钢绞线制作，锚索长度25 m，锚固段长度10 m，设计荷载700 kN，最大试验荷载取设计值的1.2倍，即840 kN。沿钻孔掘进方向地层岩性分别为：0~3.5 m坡积含碎石黏土，3.5~15.6 m碎块状强风化凝灰岩，15.6~25 m中风化晶屑熔结凝灰岩。试验锚索位置如图 1所示。

图 1 试验锚索位置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of anchor cable position in test

加载设备采用YCW150G-200型千斤顶和OVMZB4-500型电动油泵，位移观测设备采用精度为0.1 mm的电子位移计，示意图如图 2所示。

图 2 试验装置示意图 Fig. 2 Schematic diagram of test device 1—钢绞线2—工具锚3—电子位移计4—穿心式千斤顶5—测力计6—工作锚7—垫板8—锚斜托9—框架梁10—限位板

(1) 预张拉：将锚索(杆)张拉至最大试验荷载的15%，荷载施加完成后，持荷5 min后卸载。

(2) 差异荷载补偿张拉：根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载进行分单元补偿张拉，然后张拉至初始荷载，初始荷载取最大试验荷载的30%。

(3) 按照表 1多循环加卸载法的荷载分级和锚头位移观测时间进行多循环加卸荷载法张拉，按照表 2单循环加卸载法的荷载分级和锚头位移观测时间进行单循环法加卸载法张拉。

(4) 在每一循环的非最大荷载作用下，每级荷载加载或卸载完成后持荷5 min，再施加下一级荷载，同时分别记录每级荷载对应的锚头位移读数。

(5) 在每一循环的最大荷载作用下，加载完成后每间隔5 min测读一次锚头位移，当锚头位移达到相对稳定时进行卸载。

多循环加卸载法、单循环加卸载法锚头位移相对稳定的标准为：在0~30 min观测时间内，相邻两次锚头位移增量不大于0.05 mm时，可视为相对稳定；当30 min内锚头位移仍不稳定时，则应延长观测时间，当出现1 h内锚头位移增量不大于0.50 mm时，可视为稳定。

试验分别按表 1和表 2的分级荷载值和加载方式进行循环加卸载，多循环加卸法为多次循环加卸载，最终达到最大试验荷载，单循环加卸载法为一次逐级加载到最大荷载再逐级卸载到初始荷载，与多循环加卸载相比无重复加载。每级荷载分别为最大试验荷载的30%(252 kN)，50%(420 kN)，60%(504 kN)，70%(588 kN)，80%(672 kN)，90%(756 kN)，100%(840 kN)。

本次试验中，多循环加卸载试验按照表 1所示的张拉卸载过程及荷载分级进行加卸载，所得的荷载-位移(Q-S)曲线见图 3。由多循环试验荷载-位移曲线(图 3)可计算出每级循环荷载下的弹性位移和塑性位移，做出荷载-弹性位移-塑性位移(Q-S_e-S_p)曲线，见图 4。单循环加卸载试验按照表 2进行加卸载，荷载-位移(Q-S)曲线见图 5。由图 3、图 5可以看出，加载曲线与卸载曲线并不重合，有塑性位移产生。由图 3可看出，弹性位移和塑性位移都随循环次数的增加而增加。

图 3 多循环试验荷载-总位移曲线 Fig. 3 Curves of load vs. total displacement of multi-cycle test

图 4 多循环试验荷载-弹塑性位移曲线 Fig. 4 Curves of load vs. elastoplastic displacement of multi-cycle test

图 5 单循环试验荷载-位移曲线 Fig. 5 Single cycle test load-displacement curve

表 3反映了试验锚索在最大试验荷载作用下的弹性位移与塑性位移，表 4反映了两类不同加、卸载方式作用下的平均弹性位移与平均塑性位移。可以看出，多循环试验产生的平均弹性位移为55.07 mm，单循环试验产生的平均弹性位移为53.7 mm，与理论值53.8 mm接近。弹性位移主要来自于钢绞线产生的弹性变形。平均塑性位移有较大差异，多循环试验产生的平均塑性位移比单循环试验的平均塑性位移大9.1 mm，占单循环试验平均塑性位移量的36.1%。塑性位移产生主要原因为锚固段岩体在锚索锚固力作用下，内部原来具有的天然裂隙、节理、结构面等被压密，孔隙减小甚至闭合，产生一定的压缩变形，即蠕变，其结果必然造成预应力松弛，应力降低。而多循环反复张拉会加快蠕变速率，使锚固段岩体在短时间内产生较大的塑性位移，最终减少了后期的岩土体蠕变产生的永久塑性位移，提前消除部分由于蠕变而导致的预应力损失。

假设塑性位移全部由岩体蠕变产生，根据变形量可反算出预应力损失值，多循环加卸载试验平均塑性位移34.3 mm，单循环加卸载试验平均塑性位移25.2 mm，差值为9.1 mm，可算出其应力差异损失量为99.4 kN，占最大试验荷载的11.83%，可见多循环加载可以提前消除部分由岩体蠕变和钢绞线松弛导致的预应力损失。因此，在实际工程中对预应力锚索进行多循环张拉是十分必要的，对减小预应力损失是有利的。

(1) 多循环加卸载试验与单循环加卸载试验产生的平均弹性位移量基本一致，但多循环试验产生的平均塑性位移量比单循环试验产生的平均塑性位移量大，本试验中两者相差达到9.1 mm，占单循环试验平均塑性位移量的36.1%。

(2) 经过多循坏加载，锚固段岩土体存在的大量节理、裂隙，在反复循环荷载作用下短时间内被不断压密，提前消除了部分蠕变变形，相当于消除了该部分蠕变导致的预应力损失。本试验中多循环张拉消除的预应力损失占最大试验荷载的11.3%，效果显著。

(3) 根据以上试验和分析，多循环张拉方式能够有效降低锚索后期的预应力损失，建议对于地质情况较复杂、节理较发育的工程，在锁定时尽量采用多循环张拉方式，以获得更好的长期锚固效果。