孙静[1]2003年在《锚杆在节理岩体中的加固作用机理和锚固效应分析及应用》文中认为锚固技术在岩土工程中应用广泛,但岩土锚固理论还不完善。大多数锚固工程的设计仍采用工程类比法或半理论、半经验的方法,而且更注重传统经验的沿用。目前数值模拟锚杆的加固作用的两种常用方法都没有考虑加锚后节理岩体的断裂韧性的改变对锚杆锚固作用效果的影响。本文联合应用断裂力学和损伤力学针对这一问题进行讨论。本文从理论分析出发,以锚杆和节理面共同变形为基础,探讨了锚杆最优锚固角和变形角随节理切向位移和节理摩擦角变化的规律。在此基础上采用模型材料进行了断裂韧性测试,以研究锚杆的增韧止裂作用效果。试验得出了断裂韧性K_(1C)随锚固位置系数D变化的规律,加锚后试件断裂韧性可以提高50%～135%。并将试验得到的关于锚杆的增韧止裂作用效果反映到多裂隙岩体叁维弹塑性损伤本构方程中,应用于厦门东通道工程跨海通道主体工程第叁轴线暗挖隧道的稳定性分析。计算结果表明:在断裂损伤数值计算中考虑锚杆对裂隙的增韧止裂作用可以更好地反映锚杆的加固效果。
陈力华[2]2016年在《公路隧道节理围岩锚杆荷载传递规律及锚固功效研究》文中研究指明在当前的隧道节理围岩支护体系中,锚杆是一种广泛使用的支护方式,经过几十年的实践,锚杆对于节理围岩加固起到了很重要的作用,但是锚杆在隧道节理围岩支护体系中到底发挥怎样的作用还是不太清楚,尤其是在节理围岩锚杆荷载传递规律及锚固功效方面的研究仍以定性经验为主。根据国内外岩体锚杆支护理论研究的现状,以锚杆应用最广的地下工程为背景,对地下工程中尤其是隧道工程初期支护中锚杆的锚固机理和锚固功效,从不同角度、不同层面对其进行详细的分析研究,以期获得对锚杆锚固机理深层次的认识,为初期支护设计的改进提供科学的理论指导。本文的主要研究内容如下:(1)依据泥岩地层特征,以单节理位置作为变化因素,设计制作单节理不同位置的长方体试件,分析当岩体在节理位置存在微小位移时,锚杆的应力应变情况;分析节理位置对含节理岩体锚杆应力分布的影响,研究节理张开围岩不断增大时,锚杆轴力分布规律。(2)引入位移间断函数,对单节理面和多节理面下注浆锚杆的位移、轴向力和剪切应力的计算公式进行了理论推导,分析不同节理分布条件下的锚杆作用效应和锚杆抗拔力,获得节理张开位移引起的锚杆轴力和剪应力分布,以及锚杆与围岩荷载传递规律,将理论模型计算结果与实验结果对比,验证了本文理论模型的正确性。(3)将Hundson和Harrison提出的隧道加固模型拓展到节理岩体中,考虑节理围岩粘聚力的各向异性,建立节理围岩锚杆加固前后围岩破裂区范围计算公式,提出依据加锚前后围岩破裂区范围变化情况定义锚杆功效的方法,研究洞周不同位置的锚杆功效,获得锚杆功效随节理围岩力学参数变化规律。(4)通过离散元模型计算分析不同围岩等级条件下的锚杆作用效应、锚杆抗拔力,研究了隧道在不同地质条件下各类支护型式的承载能力及其功效比,通过详细的参数敏感性分析,研究了围岩强度、节理间距、锚杆长度和侧压力系数对锚杆功效的影响,获得了对于很差和很好的围岩锚杆功效都较低,在III和IV级围岩之间锚杆的功效最高的认识,从而对锚杆在隧道工程中为维护隧道稳定所起到的作用做出科学评价提供理论支撑。(5)将本文模型应用于石鼓隧道锚杆功效评估,基于本文提出的锚杆功效评估公式与数值模型结合,得到锚杆轴力、围岩塑性区范围,通过与关键监测点的轴力对比,验证了模型的可行性,实现对地下节理围岩的锚杆功效评价。
杨为民[3]2009年在《锚杆对断续节理岩体的加固作用机理及应用研究》文中研究说明结构面是岩体工程区别于土木工程其他领域一个显着特征,它将岩石材料切割成不连续介质,使问题变得复杂。尤其是节理和裂隙等微小结构面,遍布于天然岩体中,在工程中最为常见。而这其中,又尤以断续节理最为普遍,岩体的失效破坏往往是由于赋存于其中的原生节理在荷载作用下产生新生裂纹,并且逐渐扩展、连通,使岩桥贯通造成的。因此,研究断续节理岩体的相关问题具有实际意义。锚杆作为广泛应用于岩体工程中的一种加固构件,其锚固效果是显着的,但其加固机理尚不十分明确,尤其锚杆对断续节理岩体的加固机理更是少有研究。本文以断续节理岩体和锚杆为研究对象,通过室内试验和理论分析手段,研究了锚杆对断续节理岩体的加固机理。首先,基于大尺寸的加锚断续节理岩体试件,开展了室内单轴压缩试验。选定节理长度、间距、连通率及倾角等四个断续节理几何参数作为变量,研究了锚杆对于不同裂隙分布形式的岩体的加固效果。对比分析了试件在加锚前后的裂纹扩展规律以及试件破坏模式的差异,研究了锚杆加固断续节理岩体的规律。基于层次分析方法,分别以裂隙岩体的峰值强度增量和弹性模量增量为目标函数,研究了断续节理几何参数对锚固效应的敏感性,得出了影响锚固效果的敏感因素顺序。分析了断续节理岩体在压缩荷载作用下,岩桥的受力状态,研究了其在不同应力水平下的贯通模式。根据不同的破坏模式,分别分析了在岩桥贯通前,断续节理岩体的剪切抗力。岩桥贯通后,原生节理与新生裂纹构成剪切滑动面,该滑动面可看做粗糙节理面,在考虑了节理的剪胀作用后,得出了此时岩体的残余剪切抗力表达式。当节理发生剪切错动变形时,穿过节理面的锚杆也会随之发生变形,进而锚杆杆体内产生内力,该内力反作用于节理,即对节理产生锚固作用。首先在考虑了锚杆在节理面附近发生的拉伸变形、剪切变形以及局部转动变形的基础上,研究了随节理变形而变化的锚杆锚固作用规律。当锚杆在节理面附近处于弹性状态时,根据试验结果,认为锚杆变形后的的形状为双曲余弦函数,推导得出了弯矩和轴力共同作用下,在锚杆某点达到弹性极限时,杆体内的剪切力和轴向力。当锚杆在节理面附近处于塑性状态时,锚杆在继续增大的轴向力作用下发生大变形。假设锚杆材料服从Tresca屈服准则,得出了锚杆失效时的杆体内的剪切力和轴向力。求剪力和轴力的合力,并将合力向节理的切向与法向分解,得出了考虑锚杆变形的加锚节理模型。将断续节理岩体的力学特性与锚杆对节理的加固机理相结合,并考虑到锚杆对岩桥的加固作用,得出了加锚断续节理岩体锚固模型。岩桥贯通前,岩石材料变形较小,此时假设锚杆与岩石变形协调,得到了加锚岩石的等效弹性模量,并假设此时穿过节理的锚杆处于弹性小变形阶段,建立了在此条件下加锚断续节理岩体的剪切抗力模型。岩桥贯通后,认为此时锚杆处于塑性大变形阶段,结合断续节理的几何特点,并考虑到锚杆对粗糙节理的加固作用,推导得出了此时锚杆对断续节理岩体的加固模型。将所建立的理论模型应用于Sarma法中,用于计算边坡的安全系数。在计算条块的抗滑力时,首先根据应力条件判断岩桥破坏形式,再根据岩桥贯通破坏形式计算岩桥出现拉剪复合破坏或剪切破坏时滑动面上的抗滑力,对于加锚工况还可以考虑锚杆的锚固效应。工程应用结果表明,考虑了断续节理岩体细观破坏及锚固效应的安全系数计算方法更贴近客观实际。
刘宁[4]2009年在《高地应力条件下围岩劈裂破坏的力学机理及其能量分析模型研究》文中研究指明近年来,随着国民经济的持续稳定增长,国家对地下洞室开发利用的需求日益增加,大量工程都在建设或筹划中,地下工程建设呈现出方兴未艾的局面。仅就西部的水电工程来说,近些年内有相当多的大型水力发电工程和蓄能电站进入兴建与筹划期。其中很多都设计有大型或超大型地下洞室群做主要的水工建筑物,且大多选择为深埋式地下厂房。而西部地区具有全球最强烈的现代地壳运动,活动断裂发育,地质环境极为复杂,加上高山峡谷等地形地貌条件,往往赋存有高地应力场。在此条件下围岩的破裂现象在洞群施工期就会明显的出现,一系列大型洞群的高边墙经常发现有劈裂裂缝,并随着地下厂房规模的增大表现得更加突出。此现象已经引起专家的关注,但对其发生机理及其锚固效应尚未进行深入地分析研究。本文采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法,从微观和宏观两个方面系统研究了高地应力条件下围岩劈裂破坏机理及其锚固效应,并将理论分析与工程实践紧密结合,主要完成了以下几个方面的工作:(1)从断裂力学的角度,系统研究了地下工程围岩中的裂纹在各种受力条件下(包括拉剪、压剪两种情况)的起裂、扩展及贯通以致最终形成劈裂裂缝的各个阶段的特征和破坏判据。分析了裂纹之间的贯通机理和极值分布,从理论上揭示了多裂纹之间可能存在的贯通模式与机理。最后以受压岩体中的斜裂纹扩展过程分析为例,模拟了岩体中裂纹逐渐发展成劈裂裂缝的整个过程。(2)在有限元分析软件ANSYS中实现断裂分析的基本过程。通过参数化设计方法APDL编写裂纹扩展模拟的前处理程序,实现了裂纹断裂计算和分析的自动化,证明ANSYS非常适合于模拟含裂纹或缺陷结构,当参数选择合适时,有限元可以很好的模拟裂纹的扩展过程。并分别模拟了裂纹扩展的不同阶段,通过与理论计算结果相对照,进一步完善劈裂裂缝的形成过程和发生机理。(3)基于试验结果,分析研究了岩石的单轴压缩和叁轴压缩条件下的变形破坏过程,揭示了这一过程的能量耗散及能量释放特征。通过实验室内的相似模型试验,研究了加锚对岩体断裂能的影响。为了能够定量分析围岩能量释放的程度,基于裂纹扩展是以能量释放为主要特征的破坏现象的认识,定量计算了能量释放率,并将其应用到瀑布沟地下厂房的开挖分析中,分别得到了该地下厂房不同位置处弹性能随开挖步变化曲线以及弹性能密度分布等值线图,可以更直观地分析能量与裂纹扩展的关系。(4)采用滑移裂纹组模型来模拟岩石在轴向压力作用下的劈裂破坏,以考虑裂纹之间的相互作用。基于裂纹扩展过程中的能量平衡原理,分别建立了线弹性条件下和小范围屈服条件下的劈裂判据。并将这两个判据应用到琅琊山抽水蓄能水电站的开挖分析中,分别计算得到了两种情况下劈裂破坏区范围分布图,以定量的概念和直观的图像来把握和判断围岩中不同区域的劈裂破坏程度,为高地应力条件下地下工程开挖过程中出现的劈裂破坏提高更加科学合理的预测判据。(5)对于处在高地应力下脆性围岩中的地下洞室群,开挖时洞室围岩容易出现纵向的劈裂裂缝,导致脆性开裂,形成劈裂性平行大裂缝组,可将其看作迭层薄板。根据柯克霍夫平板理论检验了薄板模型的适用性,在薄板模型的基础上利用能量方法建立了劈裂围岩的临界应力、位移的解析计算公式。以瀑布沟水电站为工程背景,将劈裂判据编成fish语言计算得到围岩的劈裂破损区。在此基础上利用薄板力学模型计算了其临界应力和最大位移。(6)锚喷支护对岩体的加固作用在很大程度上是抑制裂纹的扩展。分别采用理论分析和数值方法对锚喷支护抑制裂纹的扩展进行了分析研究。首先在理论方面利用断裂力学理论分别分析了混凝土喷层和锚杆对应力强度因子的影响,并计算得到了锚杆的最佳安装角。然后利用ANSYS数值模拟了锚杆对裂纹的止裂作用,分析了不同因素对应力强度因子的影响。(7)通过分别计算外力所做功,锚杆吸收的能量,塑性能,弹性应变能,裂纹扩展耗散的能量,根据能量守恒定律建立了锚固条件下围岩劈裂破坏判据,并将该判据应用到猴子岩水电站的开挖分析中,通过分别计算叁种洞室间距方案、叁种开挖顺序以及考虑锚杆作用下洞室围岩的劈裂破坏范围,并与计算的塑性区范围相对比,分析得出在高地应力条件下不能仅仅以塑性区作为评价开挖顺序和洞室布置方案的唯一指标,有时劈裂区更能反映出地应力分布的特征,可以为开挖方案的优化提供更多的参考意见。
王刚[5]2008年在《节理剪切渗流耦合特性及加锚节理岩体计算方法研究》文中研究说明在核废料储存、地下洞室群、隧道、石油、采矿、水利、边坡等各种岩体工程和环境工程中经常会遇到复杂的节理岩体。渗透特性和锚固性质是节理岩体的重要性质,往往直接或间接地决定着岩体工程的设计、施工、稳定性评价等。渗流场与应力场的耦合性质是岩体力学的重要特性。裂隙是节理岩体渗流的基本元素,为研究岩石水力学性质,合理预测工程岩体中复杂的渗流状态,应首先对单一裂隙水力特性进行研究。外力引起裂隙变形,改变了裂隙渗流速率,进而引起的孔隙应力变化,孔隙应力变化又会影响裂隙变形。通常节理裂隙作用力包括正应力、剪切应力和流体压力;根据作用力大小和方向不同,依据节理表面几何性质、变形性质及岩石材料的强度,裂隙将产生相应的变形;对于粗糙面节理,节理变形也会影响节理开度及其渗流性质。近年来,所谓的剪切渗流耦合试验引起广泛的研究兴趣。然而,由于断裂节理表面粗糙度定量表述的困难,以及剪切渗流耦合试验中所需柔性边界条件的限制,剪切渗流耦合试验中变形和渗流机制还不能充分地理解和描述。而且,以往的研究中,大多数直接剪切实验都采用在剪切过程中保持垂直应力不变(CNL)的边界条件,这类剪切实验只能模拟作用于结构面的垂直应力(自重)不变的未支护的边坡问题。但是,在大深度地下岩体结构工程问题中,岩石节理发生的表面变形和表面损伤的剪胀,会引起围压的变化。同时,围压的影响会引起节理的垂直应力变化。为解决大深度地下岩体结构工程的节理问题,从80年代开始,保持垂直刚度不变(CNS)的剪切实验装置得到了开发应用。基于上述问题,本文的研究采用自动化数控技术及虚拟仪器,开发了一套具有电液伺服微机控制系统的新型数控直接剪切实验机。这种数控剪切实验机用数控系统代替弹簧模拟节理周围围岩的变形刚度特性,克服了以往剪切实验机的上述缺点,能适应围压影响下的节理变形特点。应用该试验设备及其控制系统,采用适当的柔性边界条件,在恒定法向荷载(CNL)和恒定法向刚度(CNS)边界条件下进行剪切渗流耦合试验。试验中,分别取3组人工断裂试件;然后,以叁组节理试件为原型,分别复制出5组透明石膏材料的断裂节理时间进行节理的剪切渗流耦合试验,并对5组断裂节理试件进行剪切渗流耦合试验。在剪切渗流耦合试验前,首先对试件进行循环加卸载试验,以便使试件最大可能的闭合。据此应用第4个循环的加卸载试验结果,来计算在法向荷载下断裂节理的力学梯度,这样能得到合理的法向应力和法向位移曲线。在所有的试验当中,流动方向平行于剪切方向,属于低围压下粗糙自然断裂节理内的流体流动,可适用于立方准则。在渗透率计算中,通过降低与剪切位移相应的水力梯度来消除这种断裂节理试件的上下2部分的接触长度(即有效剪切长度)减小带来的影响。在试验剪切过程中,应用数码摄像机记录着色水在节理内的流动过程和状态。在断裂节理的剪切渗流耦合试验研究中,法向应力和法向刚度是通常的边界条件,和剪切位移一起,被用来分析剪切行为和法向行为的耦合性质,或者解释发生在自然岩体内的剪切过程。立方准则能适用于大多数岩石断裂节理。试验结果发现:在试验剪切过程中随着剪切位移的发生,剪切应力明显呈现叁阶段的变化,而渗透性呈现两阶段的变化趋势。剪切过程中的透过率变化亦表现出两阶段的变化性质。在第Ⅰ阶段透过率升高的比较快,直到一个拐点值,之后,其升高的速率趋于0,即第Ⅱ阶段。在剪切开始的时候,负膨胀可能使第Ⅰ阶段的透过率偏离立方体准则。在该研究中应用的断裂试件具有良好的匹配性能,负膨胀的产生是由于剪切试验前作用在试件上的法向荷载引起的固结压实和收缩。在本次试验中,这是一个短暂的现象,在这个过程中透过率的值比较低。在第Ⅱ阶段,较粗糙的节理比平坦节理有更大的透过率,且第Ⅰ阶段的极限值来的比较早。较高的法向应力和法向刚度将约束抑制剪切过程中的断裂膨胀,因此会降低第Ⅱ阶段的透过率值。随剪切位移增大,因剪胀作用,裂隙开度和水力传导系数均显着增大。剪切位移由零增加到8-12mm时,受剪胀作用影响,裂隙开度和水力传导系数达到最大值,而后随剪切位移的增加水力开度值基本持平。而且由实验结果可知,节理面剪切位移引起节理面剪切应力和渗透系数极大改变,特别是渗透性变化,节理面的微小剪切位移也可能引起渗透性数量级上的改变。根据适用于描述断裂节理内的流体流动Reynolds方程以及相应的边界条件,采用有限单元处理方法,应用有限元数值模拟技术模拟在法向荷载作用下剪切过程中断裂节理试件内的流体流动,着重分析接触面面积的变化,剪切过程中开度和渗透性变化。从与室内试验结果对比看,数值模拟结果和实验结果比较一致。另一方面,岩体中节理裂隙的存在严重削弱了岩体强度,降低了岩体的弹性模量;而且,岩体中存在的结构面在外部荷载作用下往往更容易发生错动和离层等变形。为限制裂隙及岩石变形提高岩体强度和工程结构稳定性,岩体工程需要采取适当的加固措施。作为岩体支护的主要手段之一,锚杆已广泛应用于各种岩土工程中。在工程实践中,锚杆和岩体联合作用,其加固效果往往十分明显。一些商业计算软件还不能有效反映锚杆对岩体结构巨大的支护作用,不能对这种加固效果进行准确的定量分析和评价。研究发现:在节理岩体中,节理面和锚杆相互作用,节理面对锚杆产生剪切作用,锚杆同时限制了节理面变形;致使锚杆在节理面附近发生明显弯折和变位,锚杆的变形往往远大于岩体的变形。论文对锚杆与节理面的相互作用机制及锚杆-节理系统进行了详细的分析研究,提出了相应的理论分析公式和计算方法。而且,当节理发育,锚杆数量众多时,我们既不可能用节理单元或杆单元逐一模拟如此众多的节理裂隙和锚杆,也不能略去由于这些节理裂隙的存在而使岩体具有各向异性和强度弱化的特性及锚杆的加固作用,因此需要寻找一种较为科学合理的适合加锚裂隙岩体特点的计算模型。在前面研究的基础上,采用损伤力学的方法研究节理面及锚杆在节理面附近的能量变化;根据Betti能量互易定理,求得加锚节理岩体的本构关系;应用损伤和弹塑性的半解耦方法对本构关系进行有限元程序化。将研究成果应用于地下洞室群的开挖支护的计算中,并分别与一般弹塑性计算结果和监测结果进行了对比分析。由研究结果司以得出结论。应用加锚断续节理岩体断裂损伤模型模拟锚杆的支护效应,通过分析锚杆与围岩的联合作用,有效地限制了围岩变形,改善了围岩的应力状态;而且锚杆嵌入岩体后,能承担一部分原来由围岩所承担的荷载,有效地阻止了洞周围岩破损区的发展演化,从而增强了围岩的稳定性。相比于普通的弹塑性模型,加锚断续节理岩体断裂损伤模型考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响,以及锚杆针对节理裂隙的加固作用,因而能更好地反映裂隙岩体洞室围岩稳定性特征。根据位移的数值计算值与监测值比较后可以发现:监测点的数值计算位移值与监测值吻合良好,说明加锚断续节理岩体断裂损伤模型能够很好的反映加锚断续节理岩体洞室围岩的变形破损特征。在洞室开挖过程中,洞室拱顶处的位移在一定范围内逐步向上回弹,随着开挖的进行,位移回弹的速度减小。这是由于水平方向的地应力比竖直方向的地应力要大所致。这种规律也符合高地应力情况下的洞室开挖的位移变化规律。岩石遇水强度降低一直是困扰着地下工程围岩稳定性的一大难题。在前面研究基础上,结合固体力学中自洽理论、应变能等效原理,推导得到在压剪和拉剪应力状态下加锚节理岩体等效计算模型。并将其应用于象山港海底隧道的稳定性分析中。
徐前卫[6]2003年在《裂隙岩体的破坏机理及其锚固效应研究》文中认为自然界中岩体遍布大量不连续面，如节理、层面、断层等，岩体的不稳定性不仅与岩体基质即完整岩块强度有关，而且主要受岩体结构面的控制。 本文首先在分析弱面变形性质的基础上，总结了节理对岩体的物理力学性质的影响，并探讨了用Monte—Carlo法模拟岩体内节理裂隙分布的概率结构模型，并据此来研究节理岩体的强度机理，给出了断续节理岩体内部的微裂纹在荷载的作用下进一步扩展、破坏的条件。根据节理岩桥的不同组合方式，从而形成岩桥的不同破裂、贯通方式，进而形成宏观上的节理。在此基础上推导了节理的弹塑性增量型本构关系，并由此而形成含多组节理岩体的等效连续模型。 随后根据工程裂隙岩体的变形破坏机理来研究锚索的锚固效应及其力学机理，并且提出了一种新的预应力锚索单元的数值模拟方式。 最后，运用本文所提出的方法对山东省莱州市望儿山金矿一号井筒进行有限元分析，并获得了较为满意的结果，从而验证了本文所提方法的正确性。
安玉科[7]2012年在《节理岩体边坡关键块体系统锚固法》文中研究指明随着基础设施建设重心向中西部转移，出现越来越多的岩体稳定性问题，尤其是山区线路工程中遇到的岩体边坡锚固问题。目前，岩体边坡锚固理论研究和实际工程应用存在严重脱节现象，理论研究注重于岩体损伤和微裂纹对锚固机理和锚固效果的影响，而实际控制边坡锚固工程的则是宏观断裂和节理。为了使锚固理论研究能更好地指导、服务于实际工程，本文在交通部重点项目“公路岩石边坡锚固技术及安全性评价研究”（2007353322080）研究的基础上，从“岩体结构控制论”角度出发，研究岩体结构对节理岩体边坡的稳定性、变形破坏模式及锚固机理和锚固效果的影响，试图建立了一套安全可靠、技术可行、经济节约的锚固新理论和新方法。在分析关键块体理论评价节理岩体边坡稳定性局限性的基础上，提出关键块体系统这一概念，比较关键块体和关键块体系统的异同，并介绍了关键块体系统的矢量分析判别法、几何分析判别法和赤平极射投影判别法。基于关键块体理论和极限平衡理论，提出以关键块体系统为锚固对象，以联合锚固为手段，以工程投资为目标函数建立整数规划模型优化方案的的动态设计，这一新的锚固设计理论和设计方法——关键块体锚固法。并详细阐述了关键块体系统锚固法的内涵，给出了关键块体系统加固节理岩体边坡的设计流程。通过建立关键块体系统的地质模型和力学模型，给出了不同地质力学模型关键块体系统的锚固设计方法和计算方法。
王文斌[8]2007年在《节理岩体巷道预应力锚杆加固数值模拟分析》文中研究说明岩体内部包含的节理的长度、方向和倾角对岩体性态起着决定性的影响。在进行岩体破坏和稳定性研究中，仅仅以岩石为研究对象是不够的，应深入研究节理岩体的强度。岩土锚固技术，是一种特别重要的岩土工程安全加固措施。目前国内外对锚杆支护的理论研究和设计还不够成熟，应在现有理论的基础上去探讨预应力锚杆支护后节理岩体的整体力学性质，并将其应用到岩体工程稳定性分析中。本文采用了有限元软件ANSYS对节理煤巷预应力锚杆支护进行了模拟研究，研究了不同节理特征参数(节理倾角、节理长度及节理间距)煤巷预应力锚杆加固作用；不同预紧力锚杆加固作用比较和水平等宽节理顶板预应力锚杆加固作用。对模拟结果进行系统的分析并得到了以下结论：预应力锚杆支护对节理岩体巷道的加固作用，主要体现在增加节理面正压力和顶板压应力，消除拉应力。节理角度越小，越靠近巷道中央，锚杆支护作用越明显。预应力锚杆对层状顶板的加固机理是增加层间正压力，从而降低节理面之间的滑动位移，控制顶板离层量，降低巷道位移。预应力锚杆支护，是提高煤巷节理顶板稳定性的有效方法。
许万忠[9]2006年在《节理裂隙边坡稳定性及锚注加固效应研究》文中认为随着高陡节理边坡工程的不断涌现，边坡的稳定性问题日趋复杂和重要，锚杆作为常规的边坡加固手段被广泛采用。然而，由结构弱面控制的节理边坡实施锚杆加固措施时，巨大的下滑力常会造成节理滑动面区域锚杆受力状态的劣化；预应力锚杆由于岩石的蠕变及钢筋的塑性，也会导致锚杆预应力的衰减；由于岩体节理力学性质的各向异性，使边坡锚固工程设计时，产生加锚节理面抗剪强度和锚杆抗拔力两者难以兼顾的矛盾；锚杆诸如此类的弊端将会导致工程中锚杆锚固功能的失效，从而给边坡工程的支护安全带来隐患。锚注加固工艺将锚杆和注浆的加固手段有机地结合起来，通过形成锚杆与注浆胶结体复合结构，进而达到有效加固节理边坡的目的，这种特殊的复合加固结构充分发挥了两种材料的特点，因此避免了锚杆单独作用所存在的弊端，使锚注加固后的边坡岩体应力集中现象得以改善，岩体结构的受力状态更趋合理，从而降低了加锚节理边坡的安全隐患。通过研究节理裂隙边坡的锚注加固效应，最终为边坡的锚注加固优化设计提供理论指导，是当前势在必行的工作，作者结合湖南省交通厅“常德一张家界高速公路节理边坡锚注加固效应研究”课题项目，对节理裂隙边坡稳定性及锚注加固效应进行了全面深入的研究。首先，根据节理边坡的基本破坏类型，建立了相应的边坡失稳力学状态模型，运用相应的力学理论，分析了节理弱面对边坡岩体的强度及稳定性的控制作用；基于强度理论和潜在滑移面理论对节理边坡的失稳破坏机制进行了推理和论证。根据节理边坡锚注加固结构的受力特点，建立了锚注节理力学模型，基于岩体节理力学理论，在分析岩体节理、加锚节理的强度特性以及本构关系的基础上，构建了锚注节理的剪切强度公式以及本构方程，通过普通节理、加锚节理和锚注节理叁者力学特性的对比，揭示出节理边坡锚注加固效应的力学本质。利用RYL-600型微机控制岩石剪切试验机，通过室内模拟节理剪切试验的方法，研究了各种结构状态节理面的剪切力学特性，获得了相应的剪力—剪位移全程曲线，经过对试验结果的整理、分析和对比，得到了锚注节理的强度和变形规律及其相应的影响因素，揭示了锚注节理相对于普通节理、加锚节理的力学特性的变化规律。应用FLAC3D数值分析软件，对锚注加固节理边坡进行了模拟对比分析，通过对开挖节理边坡、注浆节理边坡、加锚节理边坡以及锚注节理边坡的应力场、位移场和特征测试点应力应变的分析，从宏观的角度说明了锚注加固对于节理裂隙边坡强度及稳定性的贡献。运用断裂力学和损伤力学分别对锚杆的加固效应及岩体注浆的加固效应进行了研究；并对锚固工程中锚杆单独作用的弊端和不足进行了分析。本文所做的研究工作，立足于学科前沿，作者充分认识到岩土工程是一门交叉性很强的边缘学科特点，广泛运用最新的力学理论、先进的试验手段以及数值分析方法，对节理裂隙边坡的稳定性及锚注加固效应进行了研究，该项目的研究对于揭示节理边坡锚注加固机理以及锚注加固工程的优化设计具有理论和现实意义。
朱晗迓[10]2005年在《破碎岩质边坡锚固技术研究》文中认为预应力锚固技术在近代岩土工程中得到了广泛的应用,取得了巨大的成功,相应的理论研究也获得了很多的成果,但由于实际岩土工程中的复杂性,其预应力锚固技术还存在着一些问题不是很明确,诸如预应力锚固作用机理及群锚效应、锚索预应力的损失规律、外锚头受力体系、边坡破坏过程中预应力锚固体系的工作状态等。 针对目前预应力锚固技术中存在的一些问题,结合金丽温高速公路K81高边坡预应力锚固工程,采用地质调查,现场监测,试验研究,数值模拟,理论分析等多种手段和方法,对破碎岩质边坡中预应力锚固技术的机理和应用进行了研究和探讨。 通过对边坡破碎岩体的空间分布和成因类型进行研究,分析边坡潜在的变形破坏方式,评价边坡的稳定性,分析控制边坡稳定性的主要因素,为边坡治理设计提供可靠依据。 采用物理模型试验对锚固效应进行了探讨,得出了张拉过程中的相互影响规律,锚索预应力长期变化规律,以及坡体内部土压力的响应规律。对锚固体系在受到坡体后缘下滑力作用下体系响应的试验研究表明,锚固体系在边坡下滑力作用下的工作状态具有空间效应,同时也了解了坡体内部滑面上正应力的变化规律。对坡体内部出现强渗流的情况下锚固边坡的破坏性试验表明了锚固体系对边坡的增稳效果。 通过正反演数值模拟,揭示锚索的加固机理,建立了破碎岩质边坡锚索加固治理设计的技术体系,提出了设计准则。 通过现场的对锚索预应力的监测,对锚索预应力短期变化规律,长期损失规律,以及在降雨作用下锚索内力变化规律等进行了探讨,得到了锚索预应力损失变化的一般规律。并对受坡体介质材料蠕变影响的锚索预应力长期损失规律进行分析。建立了锚索预应力受坡体介质材料蠕变影响的长期变化规律。 通过对锚固工程中锚墩加框格梁的外锚头受力体系进行分析,探讨了其受力机制,讨论了锚墩框格梁体系的受力计算方式。并对现场监测数据进行反算,对不同岩性条件下的弹性地基反力系数提出了参考取值。
参考文献：
[1]. 锚杆在节理岩体中的加固作用机理和锚固效应分析及应用[D]. 孙静. 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）. 2003
[2]. 公路隧道节理围岩锚杆荷载传递规律及锚固功效研究[D]. 陈力华. 重庆大学. 2016
[3]. 锚杆对断续节理岩体的加固作用机理及应用研究[D]. 杨为民. 山东大学. 2009
[4]. 高地应力条件下围岩劈裂破坏的力学机理及其能量分析模型研究[D]. 刘宁. 山东大学. 2009
[5]. 节理剪切渗流耦合特性及加锚节理岩体计算方法研究[D]. 王刚. 山东大学. 2008
[6]. 裂隙岩体的破坏机理及其锚固效应研究[D]. 徐前卫. 山东科技大学. 2003
[7]. 节理岩体边坡关键块体系统锚固法[D]. 安玉科. 吉林大学. 2012
[8]. 节理岩体巷道预应力锚杆加固数值模拟分析[D]. 王文斌. 山东科技大学. 2007
[9]. 节理裂隙边坡稳定性及锚注加固效应研究[D]. 许万忠. 中南大学. 2006
[10]. 破碎岩质边坡锚固技术研究[D]. 朱晗迓. 浙江大学. 2005
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