膨胀控制型锚杆是基于充气锚杆利用软土层在内注压力下产生变形的原理进行开发与研制的。膨胀控制型锚杆的全新结构极大的改善了充气锚杆承载力过小、位移过大的缺点,其结构主要由挤土装置、膨胀装置、传力装置以及控制管路四大部分组成,其结构特征表现在锚杆采用气压或液压膨胀装置扩张包裹在膨胀装置外侧的挤土装置(圆钢管沿轴向等分剖切),通过挤土装置与外围锚孔壁接触挤压,从而产生锚固力。膨胀控制型锚杆具有免注浆、锚固力可控、可完全回收等优点。而实际施工过程中,大量的注浆结石体留存在地下土体之中,不仅浪费资源,而且又不安全。对膨胀控制型锚杆进行深入研究,不仅具有重要的理论与实践的指导价值,而且还能带来良好经济效益。首先,本文基于带端挡板的膨胀控制型锚杆和带侧护板的膨胀控制型锚杆的研究现状,对膨胀控制型锚杆各构件的性能提出了具体的要求。每个构件都选取了不同的材料或不同结构形式进行了一系列的对比分析,在充分满足力学性能优良、构件制作简单的条件下,确定了锚杆的最终结构形式、各个构件的选用材料以及加工制作方法。然后,从足尺现场试验出发,通过在软土层中进行抗拔试验验证了膨胀控制型锚杆的结构的合理性,即膨胀控制型锚杆在整个抗拔过程中,优化后的挤土装置有效解决了膨胀装置与土体接触的问题,从根本上改变了锚杆的传力途径。在此基础上进行了一系列的验证试验,试验结果表明:膨胀控制型锚杆结构合理,其极限抗拔承载力较普通注浆型锚杆、带端挡板的膨胀控制型锚杆和带侧护板有了极大的提高。接着进行一系列的对比试验,试验结果表明:膨胀控制型锚杆的承载力的主要影响因素有充气压力、埋置深度、锚固长度以及挤土钢片的厚度等,其中影响最显著的因素为充气压力,呈一定倍数增长;然后是锚固段长度,承载力与锚固段长度呈线性关系;埋置深度以及挤土钢片厚度的增加对锚杆承载力的提高有一定作用,但影响效果不显著。在现场试验的基础上,对膨胀控制型锚杆的锚固机理和荷载-位移曲线图进行了详细的探讨分析,可将膨胀控制型锚杆的受力过程划分为三个阶段,即弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。锚杆的第三阶段与普通注浆型锚杆有明显的不同,具体表现在,普通注浆型锚杆在破坏之后承载力基本消失,而膨胀控制型锚杆在失效后,仍存在高达86.14%以上的残余应变。最后,通过简化锚杆的力学模型、基于圆孔扩张理论,推导出了膨胀控制型锚杆的锚固力简化计算公式,通过简化公式计算值与试验实测值进行比较,得到误差值均在±10%以内,验证了承载力计算公式的可靠性。并在此基础上,对膨胀控制型锚杆的失效模式进行了总结。