加錨結(jié)構(gòu)面剪切特性及錨固巖體綜合力學(xué)模型研究.pdf

1、目前，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)成為巖土工程中最常見的技術(shù)手段。從上世紀(jì)30年代起，伴隨著幾十年國(guó)內(nèi)外大型巖土工程建設(shè)與相關(guān)技術(shù)發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在高邊坡加固中得到了廣泛應(yīng)用，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝、后期監(jiān)測(cè)及加固機(jī)理研究等方面取得了若干重要成果。但由于巖體本身的復(fù)雜性和多樣性，其力學(xué)性質(zhì)是與其形成背景、地質(zhì)構(gòu)造作用歷史、賦存環(huán)境以及工程設(shè)計(jì)等各種條件密切相關(guān)的，導(dǎo)致目前的錨固機(jī)理及分析方法還不夠完善，對(duì)工程設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法指導(dǎo)性不足，成為制約

2、該技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸問(wèn)題。
　　 在總結(jié)前人所取得的研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析、物理模型試驗(yàn)及數(shù)值分析，開展加錨結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)性能與錨固節(jié)理巖體綜合力學(xué)模型建立方面的研究，一方面對(duì)于錨固技術(shù)發(fā)展、工程應(yīng)用等方面有重要的意義，另外也為目前國(guó)家基礎(chǔ)工程建設(shè)中的相關(guān)問(wèn)題的解決提供重要的技術(shù)支持。
　　 結(jié)合前人相關(guān)研究成果，本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究:
　　 (1)錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)特性分析。通過(guò)系統(tǒng)對(duì)以往

3、巖體結(jié)構(gòu)面的剪切力學(xué)行為的總結(jié)與歸納，定量地分析了預(yù)應(yīng)力錨索在結(jié)構(gòu)面剪切變形作用下的軸力增量、抗剪力以及預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，并提出了錨固結(jié)構(gòu)面的當(dāng)量抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了錨固結(jié)構(gòu)面的等效抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算公式?；诶碚摲治雠c模型試驗(yàn)，分析了錨索屈服強(qiáng)度、錨索彈性模量、巖塊（砂漿）抗壓強(qiáng)度、剪脹角等因素對(duì)錨固結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度特性的影響;
　　 (2)錨固結(jié)構(gòu)面的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究。在錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)特性的分析成

4、果基礎(chǔ)上，對(duì)平直型結(jié)構(gòu)面與起伏狀結(jié)構(gòu)面錨固前后的剪切破壞行為進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)。通過(guò)模型試驗(yàn)，總結(jié)了不同類型錨固結(jié)構(gòu)面在不同應(yīng)力條件下的剪切破壞模式;另外，通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)不同錨固作用下的結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了推導(dǎo)的錨固結(jié)構(gòu)面當(dāng)量抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式的合理性;并結(jié)合模型試驗(yàn)，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的錨固角、錨索材料及結(jié)構(gòu)面特性對(duì)錨索效用發(fā)揮進(jìn)行了討論;
　　 (3)錨固結(jié)構(gòu)面剪切破壞過(guò)程的數(shù)值模擬。以室內(nèi)模型試驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立平直型結(jié)構(gòu)

5、面與起伏狀結(jié)構(gòu)面的錨固力學(xué)模型，采用動(dòng)力顯示分析方法進(jìn)行不同條件下的錨固結(jié)構(gòu)面的細(xì)觀力學(xué)行為進(jìn)行研究，主要包括剪切過(guò)程中結(jié)構(gòu)面應(yīng)力分布、等效塑形應(yīng)變分布、錨索受力及變形分析、結(jié)構(gòu)面法向位移、抗剪強(qiáng)度特性等方面。結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)成果，進(jìn)一步總結(jié)歸納了預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)結(jié)構(gòu)面的錨固作用規(guī)律;
　　 (4)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨固機(jī)理分析，基于復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)中Eshelby理論，將錨固節(jié)理巖體看作是單向增強(qiáng)的復(fù)合材料，提出了錨固節(jié)理巖體的綜合力學(xué)模

6、型，并推導(dǎo)了錨固節(jié)理巖體力學(xué)模型中各彈性常數(shù)的計(jì)算方法。并結(jié)合斷裂力學(xué)等理論，對(duì)錨固節(jié)理巖體在沿錨索軸向受拉作用下的穩(wěn)態(tài)開裂問(wèn)題進(jìn)行了探討，提出了錨固節(jié)理巖體在軸向拉力作用下的開裂臨界應(yīng)力計(jì)算方法;
　　 (5)工程應(yīng)用與分析。綜合以上研究成果，以錦屏一級(jí)水電站左岸高邊坡施工過(guò)程中的塊體穩(wěn)定分析為工程實(shí)例，提出了錨固結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定分析時(shí)的等效抗剪強(qiáng)度分析方法，并通過(guò)工程實(shí)例應(yīng)用可知，該方法較計(jì)算中僅考慮預(yù)應(yīng)力作用時(shí)得到的安全系數(shù)要更