杆(铁)塔基础是架空输电线路的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。据统计：输电线路基础工程施工工期约占整个工期的50％以上，材料运输量超过整个工程的60％，费用占到整个工程的15～35％。基础选型、设计及施工的优劣严重影响着线路工程的建设。根据我国现有的《技术规定》，铁塔塔型设计和国外相比，较为合理和成熟，而基础设计的尺寸比国外要大，设计较为保守，基础工程费用比国外要高出很多。同时，基础过大，势必会造成较大面积植被的破坏和水土流失。因此有必要加强对架空输电线路基础的研究，降低钢筋、混凝土等材料量，减小土石的开方量，从而降低基础施工造价、缩短工期、节省资源，同时也减小对植被的破坏，加强环境保护，取得较好的经济效益和社会效益，实现可持续发展。　　 岩石锚杆基础是在钻凿成型的岩孔灌注水泥、快硬水泥砂浆或水泥卷，同时加入锚杆体形成的岩石锚杆基础，其基础型式有直锚式、承台式、嵌固式和斜锚式四种。由于充分发挥了原状岩体的力学性能，因而具有良好的抗拔性能，特别是上拔和下压地基的变形比其他基础都小，可大大降低基础材料的消耗。　　 本文基于岩石锚杆基础的真型试验，从其设计参数估值出发，系统的分析总结了岩石锚杆基础的锚固机理和破坏模式，并建立了新的抗拔承载力计算模型，在此基础上，进行了力学推导，得出了相关计算公式，提出了简化后的优化公式，与以往各种计算公式和试验结果进行了对比验证；同时，采用高级通用非线性有限元分析软件MSC.Marc，数值模拟了单锚和直锚岩石锚杆基础在不同强度岩体中的极限抗拔和破坏模式，更直观的印证了其破坏形态。依此综合分析，提出了几点建议以提高岩石锚杆基础的抗拔承载力。　　 本文获得的研究成果和主要结论概述如下：　　 (1)通过在不同地质条件的工程场地进行岩石锚杆基础破坏的真型试验，依据抗拔试验系统加载卸载方案，一方面，取得了基础的极限抗拔承载力；另一方面，通过测量基础位移、地面变形和锚杆应变，分析了基础的破坏过程和方式。此外还进行了岩体的剪切试验，取得了试验场地岩体的物理力学指标。　　 试验结果表明：对比《技术规定》中的取值，三个主要设计指标，τa、τb实测值较大；硬质岩石τs实测值较大；软质岩石τs实测值较小，特别是页岩甚至小很多。　　 单锚、直锚基础的极限抗拔承载力，有25％的试验值小于具有安全储备的γfTE设计值，由此推测，按照《设计规定》中假想的理想45°破坏模式计算的设计值有时偏大，可能导致设计成果的不安全。　　 岩石锚杆基础破坏过程的三个阶段：①荷载较小时，锚杆、混凝土砂浆与岩石地基共同承担上拔荷载，上拔位移量很小，地面没有明显变形；②随着荷载加大，靠近地表的上部承台周围与砂浆、岩石结合强度较弱的部位产生环形裂缝，岩体表面出现细小的裂纹，基础上拔位移量增大：③当荷载增大到一定程度时，上拔荷载沿锚杆向深部岩石地基传递，锚杆基础变形迅速增大，产生以基础为中心放射状裂缝，并向四周逐步发散，裂缝扩展的范围和宽度随着荷载的增加而增大。沿着锚杆与混凝土的握裹体与岩石的结合面的薄弱面产生破坏，锚筋或砂浆柱被拔起；或基础沿环形裂缝与岩石一同拔出，发生整体破坏。　　 岩体风化程度的不同，破坏方式也有所区别：①强风化岩石地基中，岩体强度较低，完整性很差，基础整体破坏时(不包括锚杆或砂浆柱被拔出的情况)，没有形成从锚杆底部向上45°倒锥体的破坏面，而是从锚杆底部到裂缝最大展开范围之间的竖向夹角平均近似为18°的破坏形态：②中风化岩石地基中，岩体强度较高，完整性较好，出现锚杆或砂浆柱被拔出的破坏形态。　　 (2)通过岩体质量评价的定性和定量方法，进行了的岩体质量分类，按照岩体质量等级，总结了岩石锚杆基础设计参数的估值，其中主要包括实际工程中常遇到的II类好岩体、Ⅲ类一般岩体和Ⅳ类差岩体设计参数τa、τb、τs估值。但由于试验实验点和试验值有限，该估值仍有待进一步的试验和实践检验。　　 (3)影响岩石锚杆基础抗拔承载力的影响因素有：地层特征，包括岩石强度和岩体中结构面特征等；锚筋特征；锚固体体特征：锚孔间距；混凝土养护期；施工质量等。岩石锚杆基础的抗拔承载能力主要由三部分组成，分别是：锚杆杆体与锚固体间的作用、锚固体与周围岩体相互作用、岩石地基作用。最薄弱环节也就最先发生破坏。　　 (4)岩石锚杆基础的破坏模式根据破坏面性质可总结为以下五类：第一类是锚杆断裂破坏；第二类是锚杆与锚固体交界面破坏；第三类是锚固体与围岩交界面破坏；第四类是围岩破坏：第五类是混合型破坏。其中第五类破坏比较复杂，也是较为常见的破坏模式，是由于锚杆、锚固体和岩体间破坏面的不同组合方式而体现出的多种型式。　　 (5)依据较为常见的第五类破坏模式，建立了岩石锚杆基础抗拔承载力计算的新模型，并依此进行了力学推导，得到了抗拔承载力计算公式，公式分别考虑了：假定破坏面上的剪切力的垂直分量、倒锥体重力和H-h段粘结力同时发挥作用的前提下的上限值Fax；仅考虑破坏面上剪应力的下限值Fmin。该式是岩体参数c、ψ的函数关系式。　　 (6)各个抗拔承载力计算公式验算和真型试验结果的对比验证表明：①根据真型试验，虽然可以得出一些代表性的试验数据，但由于试验数量有限，结果离散性较大，试验值和计算值必然存在误差。用于设计计算的岩体参数估值，也是需要通过大量现场试验来总结完善。②各计算公式中h占权重较大，函数关系中一般呈二次方或三次方的关系，所以这些公式的使用范围是有界定的，锚固深度H在3～5m范围内的数值离散性明显要小于该区间外的各实验点。③推荐公式的计算精度优于其他公式，与实测值具有很好的一致性，能满足工程应用精度。　　 (7)有限元数值模拟结果表明：锚杆、混凝土砂浆柱和岩体三者间的粘结作用共同提供抗拔承载力，内力在锚杆基础中从新分配，岩石锚杆基础中的最薄弱环节最先发生破坏；三者间的粘结强度与岩石锚杆基础的抗拔承载力基本呈线性关系。　　 (8)单锚基础：①在Ⅳ类差岩体中，岩体发生竖向夹角平均约为15°的倒锥形破坏，近似“喇叭”形。岩体强度较低，岩体破坏受锚筋与砂浆之间的粘结强度τa、砂浆与岩石间的粘结强度τb和岩体的剪切强度τs的共同影响；应力应变的峰值集中在岩石锚杆基础和周边岩体的顶端区域。②在Ⅲ类一般岩体和II类好岩体中，破坏模式相近。Ⅲ类岩体的“倒锥形”破坏区域位于锚杆基础的h/2(h为锚固深度)及以上部位，下部是围绕锚杆基础的细小区域，呈圆柱形；Ⅱ类岩体的“倒锥形”破坏区域位于锚杆基础的h/3及以上部位，之下是围绕锚杆基础的细小区域，同样呈圆柱形；且“倒锥形”区域的竖向角度＜10°。　　 (9)直锚基础：在Ⅳ类差岩体中，岩体发生近似竖向角度约20°的倒锥形破坏的；在Ⅲ类一般岩体中，岩体发生上拔角度＜10°的近似倒锥形破坏，较Ⅳ类岩体范围更小，尤其中下部岩体的应力应变值较低，底部已近于圆柱体的细小范围。　　 (10)有效提高岩石锚杆基础抗拔承载力的措施有：直锚基础中最优锚孔间距为锚孔间距取6D，约0.7m,岩石地基中，锚杆长度在3～5m,锚杆底端设置绑筋，抗拔承载力可提高约15％；施工时采用灌浆压力为4～5MPa的二次高压注浆工艺，增强岩石锚杆基础整体固结，基础抗拔承载力峰值可提高约10％：采用压力分散型(索)锚杆能有效地避免全粘结式拉力型锚杆有效锚固段应力集中的现象，改良锚杆荷载传递机制，锚固能力提高12～58％。　　 本文创新点表现在：　　 (1)结合工程场地真型试验实测值和前人成果，按照岩体质量等级，探索性地总结了工程中常见的Ⅱ类好岩体、Ⅲ类一般岩体和Ⅳ类差岩体的设计参数τa、τb、τs估值。但由于试验实验点和试验值有限，该估值仍有待进一步的试验和实践检验。　　 (2)根据破坏面性质总结了岩石锚杆基础的五类破坏型式：第一类是锚杆断裂破坏：第二类是锚杆与锚固体交界面破坏；第三类是锚固体与围岩交界面破坏；第四类是围岩破坏；第五类是混合型破坏。其中第五类破坏比较复杂，也是较为常见的破坏模式，是由于锚杆、锚固体和岩体间破坏面的不同组合方式而体现出的多种型式。　　 (3)依据较为常见出现的第五类破坏模式，建立了岩石锚杆基础抗拔承载力计算模型，并依此进行了力学推导，得到了抗拔承载力计算公式和简化后的优化公式，并提出推荐公式，经验证与实测值一致性较好，具有可行性。　　 (4)引入高级通用非线性有限元分析软件MSC.Marc，数值模拟分析岩石锚杆基础在不同岩体中的极限抗拔和破坏模式。详细论述了岩石锚杆基础在不同岩体中破坏时锚杆的有效锚固深度h。　　 本论文的研究目标及意义主要表现在：　　 (1)提出了一套较为合理的岩石锚杆基础设计参数估值。在合理评价岩体质量的基础上，根据岩体质量等级，估算岩体、锚杆体的力学性质参数，使岩石锚杆基础的设计参数更趋合理。充分发挥岩体、锚杆体固有的承载特性，节省投资，这对输电工程具有重要的现实意义。　　 (2)研究岩石锚杆基础破坏机理，并完善、修正了抗拔承载力计算公式。在详细研究真型试验、数值模拟和工程实际应用成果的基础上，根据土力学、岩体力学知识，提出岩石锚杆基础破坏模式，总结归纳其破坏理论，推导出更加符合实际的抗拔承载力计算公式，为规程规范的完善、修订，为岩石锚杆基础的推广应用奠定理论基础。　　 (3)提出了岩石锚杆基础的优化建议。综合研究成果，由岩石锚杆基础的破坏机理、作用机理出发，从基础本身设计参数、基础受力状态等角度，优化该基础型式，为填补输电线路中应用岩石锚杆基础的技术空白作出贡献。