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

1、錨桿支護作為巖土體結構加固的一種常用方法，由于能充分調動錨桿周圍的巖層自身強度，顯著增強周圍地層的承載能力，節(jié)約工程材料，從而成為解決巖土工程穩(wěn)定性問題最經(jīng)濟、有效的方法之一，被廣泛應用于隧道圍巖支護、路基加固以及邊坡穩(wěn)定加固等巖土工程中。但由于工程介質的復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用。加之近幾年來，隨著西部大開發(fā)的進行，我國在西部大量的工程建設往往就修建在層狀巖體當中，在進行設計計算時都會涉及到怎樣分析層狀

2、巖體的問題。 因此為了使錨桿支護更好地應用于工程實踐，建立一種符合工程實際的層狀巖體錨固等效力學模型和實用計算方法，從而可以定量地考慮錨固體對巖土體物理力學性質的影響，這對指導錨固工程的設計與施工具有重要的理論意義和應用價值。 本文將層狀巖體錨固復合支護系統(tǒng)看成一種由層狀巖體(基體材料)、錨桿(增強材料)和砂漿(粘結材料)組成的加固復合材料，根據(jù)復合材料力學的理論和方法，首先采用惠特尼-瑞萊(Whitney-Riley)

3、模型建立了錨桿-砂漿構成的復合纖維材料的細觀力學等效模型，并采用這種復合纖維加固層狀巖體，構成層狀巖體錨固復合支護系統(tǒng)。進一步根據(jù)體積相等的原則將纖維的圓截面簡化為矩形截面進行計算，推導了錨固復合支護系統(tǒng)的的彈性等效細觀力學模型。利用建立的力學模型，通過編制程序定量地分析了巖體強度、錨桿尺寸、錨桿間距和砂漿強度等參數(shù)的變化對錨固復合支護系統(tǒng)力學性能的影響。 在建立的層狀巖體錨固復合支護系統(tǒng)細觀等效力學模型的基礎上，運用大型有限元

4、軟件MSC.Marc，編制用戶子程序，對層狀巖體錨固復合支護系統(tǒng)進行了單軸和三軸數(shù)值模擬試驗。通過對復合支護系統(tǒng)進行單軸壓縮數(shù)值模擬試驗，發(fā)現(xiàn)用數(shù)值計算的結果與用細觀力學等效模型計算出的結果大致相同。在此基礎上，對不同的巖體等級、錨桿尺寸、錨桿間距、砂漿強度所構成的復合支護系統(tǒng)共計16組試樣進行了三軸壓縮試驗的數(shù)值模擬研究，定量地研究了巖體類別、錨桿尺寸、錨桿間距、砂漿強度等參數(shù)的變化對錨固復合支護系統(tǒng)力學性能的影響。 在前人所