斷續(xù)節(jié)理巖體錨固效應數值模擬方法研究.pdf

1、隨著國民經濟的持續(xù)穩(wěn)定增長,對地下洞室開發(fā)利用的需求日益增加,如城市地下鐵道與海底隧道、地下商城與地下車庫工程、大型人民防空建筑物、市政地下工程、大型水電地下廠房與超長水工隧洞、多線鐵路與公路隧道、冶金和煤炭礦山井巷工程、重大軍用國防工程、能源地下儲存庫及核廢料地下處置庫等等。巖土錨固技術,無疑是保證地下洞室開挖順利進行和正常使用,有效的控制圍巖變形的有效措施,目前已經成為一種無可替代的巖土工程安全加固措施。
　　 結構面是巖體

2、作為工程材料的一個顯著特征,它遍布于天然巖體中將巖石料切割成斷續(xù)介質,其中又尤以斷續(xù)節(jié)理最為普遍。結構而的數量、分布、形態(tài)和性質直接決定著巖體的整體力學效應和破壞形式。巖體的失效破壞往往是由于賦存于其中節(jié)理在荷載作用下萌生、發(fā)育、擴展、貫通造成的。錨桿作為廣泛應用于巖體工程中的一種加固構件,其錨固效果是顯著的,但其加固機理尚不十分明確。本文以加錨斷續(xù)節(jié)理巖體為研究對象,通過損傷理論和數值分析手段,致力于得到一種簡單、有效、易于推廣,可以

3、適用于工程實踐的能夠計算出斷續(xù)節(jié)理巖體加錨加固效應的數值方法。
　　 對斷續(xù)節(jié)理巖體幾何損傷張量進行了定義和推導,引入狄拉克奇異函數來描述裂紋密度的方向分布特征,積分即得到損傷張量D。不同的損傷張量D階數,對裂紋描述的精確性不一樣,低階張量可以完全由高階張量經過簡化得到,高階張量包含有所有低階張量的信息。在多族裂紋情況下,二階張量對多族裂紋的描述能力有所欠缺。
　　 基于對固有損傷定義的模仿,將損傷的定義進行擴展,將因增

4、強材料的介入(錨桿、注漿、加筋土、土工織物)而引起的受力面積或剛度的變化量定義為負損傷(Anti-Damage)或增強(Reinforcement)。負損傷概念的提出實際上是對現有損傷概念的擴展,其量值的定義、空間方向分布的確定、推導和運算均可遵循損傷變量的法則。
　　 建立了能夠計算翼裂紋尖端應力強度因子并同時考慮裂紋面接觸效應的有限元模型。為克服目前應用最廣泛的虛擬彈簧法無法提供抗彎的缺點,本文模型將錨桿建為實體,并充分考慮

5、了錨桿與巖體之間的接觸。利用此模型可以計算出加錨前后巖體內翼裂紋裂尖應力強度因子的變化。
　　 運用準唯象損傷力學方法,利用本文建立的實體錨桿有限元模型,以裂紋尖端應力強度因子的減小程度作為評價錨固效應的依據,發(fā)現應力強度因子的衰減符合高斯分布規(guī)律,即錨桿對巖體的加固具有非局部效應,且在不同錨桿幾何尺寸與錨桿剛度下,強度因子的衰減的趨勢也有不同。用高斯分布函數擬合這些趨勢,得到了不同鋪桿工況對應的高斯函數具體表達式。