基于復(fù)合材料力學(xué)的層狀巖體錨固支護(hù)系統(tǒng)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、錨桿支護(hù)作為巖土體結(jié)構(gòu)加固的一種常用方法，由于能充分調(diào)動(dòng)錨桿周?chē)膸r層自身強(qiáng)度，顯著增強(qiáng)周?chē)貙拥某休d能力，節(jié)約工程材料，從而成為解決巖土工程穩(wěn)定性問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一，被廣泛應(yīng)用于隧道圍巖支護(hù)、路基加固以及邊坡穩(wěn)定加固等巖土工程中。但由于工程介質(zhì)的復(fù)雜性以及錨固方式的多樣性，使得理論研究明顯滯后于工程應(yīng)用。加之近幾年來(lái)，隨著西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，我國(guó)在西部大量的工程建設(shè)往往就修建在層狀巖體當(dāng)中，在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都會(huì)涉及到怎樣分析層狀

2、巖體的問(wèn)題。 因此為了使錨桿支護(hù)更好地應(yīng)用于工程實(shí)踐，建立一種符合工程實(shí)際的層狀巖體錨固等效力學(xué)模型和實(shí)用計(jì)算方法，從而可以定量地考慮錨固體對(duì)巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的影響，這對(duì)指導(dǎo)錨固工程的設(shè)計(jì)與施工具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文將層狀巖體錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)看成一種由層狀巖體(基體材料)、錨桿(增強(qiáng)材料)和砂漿(粘結(jié)材料)組成的加固復(fù)合材料，根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)的理論和方法，首先采用惠特尼-瑞萊(Whitney-Riley)

3、模型建立了錨桿-砂漿構(gòu)成的復(fù)合纖維材料的細(xì)觀力學(xué)等效模型，并采用這種復(fù)合纖維加固層狀巖體，構(gòu)成層狀巖體錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)。進(jìn)一步根據(jù)體積相等的原則將纖維的圓截面簡(jiǎn)化為矩形截面進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)了錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)的的彈性等效細(xì)觀力學(xué)模型。利用建立的力學(xué)模型，通過(guò)編制程序定量地分析了巖體強(qiáng)度、錨桿尺寸、錨桿間距和砂漿強(qiáng)度等參數(shù)的變化對(duì)錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)力學(xué)性能的影響。 在建立的層狀巖體錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)細(xì)觀等效力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用大型有限元

4、軟件MSC.Marc，編制用戶(hù)子程序，對(duì)層狀巖體錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了單軸和三軸數(shù)值模擬試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行單軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與用細(xì)觀力學(xué)等效模型計(jì)算出的結(jié)果大致相同。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同的巖體等級(jí)、錨桿尺寸、錨桿間距、砂漿強(qiáng)度所構(gòu)成的復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)共計(jì)16組試樣進(jìn)行了三軸壓縮試驗(yàn)的數(shù)值模擬研究，定量地研究了巖體類(lèi)別、錨桿尺寸、錨桿間距、砂漿強(qiáng)度等參數(shù)的變化對(duì)錨固復(fù)合支護(hù)系統(tǒng)力學(xué)性能的影響。 在前人所