錨桿加固對裂隙巖體力學(xué)性能影響的室內(nèi)試驗和數(shù)值分析研究.pdf

1、錨桿支護技術(shù)是一種非常有效和經(jīng)濟的巖土結(jié)構(gòu)加固方法，廣泛地運用于幾乎所有的土木工程建設(shè)中。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，更多的巖土結(jié)構(gòu)工程將會被修建，作為工程建設(shè)中重要支護措施之一的錨桿加固技術(shù)將有著長遠的發(fā)展前景。在巖體工程中，由于巖體中含有大量的天然裂隙，錨桿加固技術(shù)對巖體工程的支護效果尤為明顯。盡管如此，錨桿的加固機理至今尚未被研究清楚，為了更加有效地使用錨桿以保障巖體工程的施工安全性和長期穩(wěn)定性，有必要就錨桿對裂隙巖體的加固效應(yīng)進行進一步

2、的研究。 本研究主要從室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬兩方面來研究錨桿加固對裂隙巖體的力學(xué)性能的影響，通過綜合分析研究結(jié)果得出一些有益于實際錨桿設(shè)計、施工的結(jié)論。 在室內(nèi)試驗階段，主要對三類試件進行研究，分別是完好試件、裂隙試件、加錨裂隙試件。它們的關(guān)系是：裂隙試件是在完好試件內(nèi)部預(yù)置一個張開型裂隙，而加錨裂隙是在裂隙試件的內(nèi)部設(shè)有錨桿，加錨裂隙試件中錨桿的錨固角有30°、45°、70°、85°四種，錨桿的個數(shù)分別有單根、雙根、三根三

3、種，不同錨固角和錨桿個數(shù)的組合形成了各種不同的加錨裂隙試件。室內(nèi)試驗研究的主要工作包括以下幾個內(nèi)容： 首先，為研制出一種與實際巖體物理力學(xué)參數(shù)滿足一定相似比關(guān)系的砂漿材料，設(shè)計了五組砂漿材料的配合比，并對各種配合比的砂漿完好試件進行單向壓縮和劈裂試驗研究，最終確定出滿足相似比要求的砂漿配合比，依此相似比關(guān)系選擇出一種合金鋁棒作為室內(nèi)試驗的相似錨桿。 其次，對裂隙試件、加錨裂隙試件進行單向壓縮和劈裂試驗研究，結(jié)合第一階段的

4、試驗結(jié)果，分別研究單向壓縮和劈裂條件下預(yù)置裂隙對砂漿材料的弱化效應(yīng)以及錨桿對裂隙試件的加固效應(yīng)，并獲得加錨裂隙試件的單軸抗壓強度及在劈裂條件下峰值荷載隨錨固角度及錨桿個數(shù)增加而變化的規(guī)律。 最后，對完好試件、裂隙試件、加錨裂隙試件進行雙向壓縮試驗研究。研究了在不同側(cè)壓條件下預(yù)置裂隙對砂漿材料的弱化效應(yīng)以及錨桿對裂隙試件的加固效應(yīng)，并獲得在雙向壓縮條件下加錨裂隙試件的抗壓強度隨錨固角度及錨桿個數(shù)增加而變化的規(guī)律以及各種試件的雙向抗

5、壓強度隨側(cè)壓增加而變化的規(guī)律。 通過包括單向壓縮、劈裂和雙向壓縮的綜合室內(nèi)試驗研究，獲得了錨桿個數(shù)及錨固角度對裂隙試件力學(xué)強度的影響規(guī)律；此外，通過比較各種試驗條件下試件的破壞形態(tài)，研究不同試驗條件下錨桿的失效模式以及錨桿對試件破壞發(fā)展過程的影響。 在數(shù)值模擬階段，使用FLAC-3D軟件對完好試件、裂隙試件、加錨裂隙試件的單向壓縮試驗進行數(shù)值模擬，獲得的各種試件的數(shù)值應(yīng)力-應(yīng)變曲線、砂漿材料的最大、最小主應(yīng)力云圖、加錨試

6、件中錨桿的受力狀態(tài)。在對加錨裂隙試件進行數(shù)值模擬時，采用FLAC-3D自帶的樁結(jié)構(gòu)單元來建立錨桿單元，分別采用實體單元模擬法與實體-等效法來模擬錨桿對裂隙試件的加固效果，數(shù)值模擬結(jié)果表明，實體-等效法模擬錨桿加固效果的計算結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果較為接近；以單錨裂隙試件的單軸壓縮數(shù)值試驗為例，得出了錨固角對裂隙試件力學(xué)性能的影響規(guī)律。 結(jié)合室內(nèi)試驗與數(shù)值分析的研究結(jié)果，得出了錨桿個數(shù)及錨固角度對裂隙試件加固效應(yīng)的影響規(guī)律，由于本研究中