基于層狀材料復(fù)合理論的加錨巖體等效彈性性質(zhì)的研究.pdf

1、自從噴錨支護技術(shù)在地下工程施工中采用以來，使巖體支護加固的觀點從被動支護發(fā)展到主動和共同支護上來。錨噴支護技術(shù)充分利用了洞室圍巖的自承能力并且在巖土工程中被廣泛采用。但是，目前國內(nèi)外對錨桿支護的理論研究和設(shè)計還不夠成熟，工程設(shè)計主要靠經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法(如“工程類比法”等)進行，或依靠現(xiàn)場量測獲得的信息，反饋設(shè)計，指導(dǎo)施工。目前，對錨桿支護機理的研究主要集中在對單根錨桿周圍圍巖的應(yīng)力、變形的分布上。盡管在研究的尺度上有所不同，但復(fù)合材料力

2、學(xué)研究纖維加固的方法和思想對巖體－錨桿支護系統(tǒng)加固機理的研究仍然具有一定的參考價值。如果可以通過支護復(fù)合材料支護理論分析這種材料整體的彈性力學(xué)性能，那么就可以為加固后的巖體穩(wěn)定性計算提供方便和有效的計算參數(shù)，并為錨桿支護中新材料的選擇和地下洞室設(shè)計過程中錨桿支護參數(shù)的確定提供理論支持，使支護系統(tǒng)的設(shè)計更加經(jīng)濟、合理和有效。 本文在M.D.G.SALAMON及C.M.GERRARD等人研究的基礎(chǔ)上，討論了層狀組分材料性質(zhì)分別為各向

3、同性、橫觀各向同性、正交各向異性、各向異性情況下的層狀復(fù)合材料的等效彈性性質(zhì)。將巖體－錨桿支護系統(tǒng)看作是由三種不同的組分材料：巖體、錨桿和水泥砂漿所組成的復(fù)合支護系統(tǒng)。為了研究巖體－錨桿支護系統(tǒng)的加固機理以及這種支護復(fù)合材料的整體彈性性質(zhì)，通過細觀力學(xué)的分析，結(jié)合力的平衡、變形協(xié)調(diào)、應(yīng)變能相等的條件，建立支護復(fù)合材料的等效均勻材料正交各向異性的彈性力學(xué)模型，并根據(jù)組分材料的彈性性質(zhì)、錨桿的平面布置用積分形式推導(dǎo)出支護復(fù)合材料等效彈性性質(zhì)

4、的表達式。在此基礎(chǔ)上，討論了巖體力學(xué)性質(zhì)、錨桿直徑、錨桿平面布置、粘結(jié)材料力學(xué)性質(zhì)等因素變化對支護復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)的影響。 分析表明，巖體的彈性模量越小，質(zhì)量越差，則加固后巖體的彈性模量增加幅度越大，這就說明了錨桿對軟弱巖體的力學(xué)性質(zhì)的改善較堅硬巖體明顯。 錨桿直徑增大而其他參數(shù)保持不變時，巖體錨桿支護系統(tǒng)復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)彈性模量隨著直徑的增大而有所提高，但等效強度常數(shù)變化幅度較小。 通過同時改變錨桿的間排距情