斷續(xù)節(jié)理巖體錨固效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)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(shù),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(jīng)成為一種無可替代的巖土工程安全加固措施。
　　 結(jié)構(gòu)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(zhì),其中又尤以斷續(xù)節(jié)理最為普遍。結(jié)構(gòu)而的數(shù)量、分布、形態(tài)和性質(zhì)直接決定著巖體的整體力學(xué)效應(yīng)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(yīng)用于巖體工程中的一種加固構(gòu)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(shù)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(yīng)的數(shù)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(dǎo),引入狄拉克奇異函數(shù)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(shù),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(jīng)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(xiàn)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(dǎo)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(yīng)力強度因子并同時考慮裂紋面接觸效應(yīng)的有限元模型。為克服目前應(yīng)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(nèi)翼裂紋裂尖應(yīng)力強度因子的變化。
　　 運用準(zhǔn)唯象損傷力學(xué)方法,利用本文建立的實體錨桿有限元模型,以裂紋尖端應(yīng)力強度因子的減小程度作為評價錨固效應(yīng)的依據(jù),發(fā)現(xiàn)應(yīng)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(yīng),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(shù)擬合這些趨勢,得到了不同鋪桿工況對應(yīng)的高斯函數(shù)具體表達式。