錨桿對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體的加固作用機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)面是巖體工程區(qū)別于土木工程其他領(lǐng)域一個(gè)顯著特征，它將巖石材料切割成不連續(xù)介質(zhì)，使問(wèn)題變得復(fù)雜。尤其是節(jié)理和裂隙等微小結(jié)構(gòu)面，遍布于天然巖體中，在工程中最為常見(jiàn)。而這其中，又尤以斷續(xù)節(jié)理最為普遍，巖體的失效破壞往往是由于賦存于其中的原生節(jié)理在荷載作用下產(chǎn)生新生裂紋，并且逐漸擴(kuò)展、連通，使巖橋貫通造成的。因此，研究斷續(xù)節(jié)理巖體的相關(guān)問(wèn)題具有實(shí)際意義。錨桿作為廣泛應(yīng)用于巖體工程中的一種加固構(gòu)件，其錨固效果是顯著的，但其加固機(jī)理尚不十分明確

2、，尤其錨桿對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體的加固機(jī)理更是少有研究。本文以斷續(xù)節(jié)理巖體和錨桿為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析手段，研究了錨桿對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體的加固機(jī)理。
　　 首先，基于大尺寸的加錨斷續(xù)節(jié)理巖體試件，開(kāi)展了室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)。選定節(jié)理長(zhǎng)度、間距、連通率及傾角等四個(gè)斷續(xù)節(jié)理幾何參數(shù)作為變量，研究了錨桿對(duì)于不同裂隙分布形式的巖體的加固效果。對(duì)比分析了試件在加錨前后的裂紋擴(kuò)展規(guī)律以及試件破壞模式的差異，研究了錨桿加固斷續(xù)節(jié)理巖體的規(guī)律。基于

3、層次分析方法，分別以裂隙巖體的峰值強(qiáng)度增量和彈性模量增量為目標(biāo)函數(shù)，研究了斷續(xù)節(jié)理幾何參數(shù)對(duì)錨固效應(yīng)的敏感性，得出了影響錨固效果的敏感因素順序。
　　 分析了斷續(xù)節(jié)理巖體在壓縮荷載作用下，巖橋的受力狀態(tài)，研究了其在不同應(yīng)力水平下的貫通模式。根據(jù)不同的破壞模式，分別分析了在巖橋貫通前，斷續(xù)節(jié)理巖體的剪切抗力。巖橋貫通后，原生節(jié)理與新生裂紋構(gòu)成剪切滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面可看做粗糙節(jié)理面，在考慮了節(jié)理的剪脹作用后，得出了此時(shí)巖體的殘余剪切抗

4、力表達(dá)式。
　　 當(dāng)節(jié)理發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)，穿過(guò)節(jié)理面的錨桿也會(huì)隨之發(fā)生變形，進(jìn)而錨桿桿體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力，該內(nèi)力反作用于節(jié)理，即對(duì)節(jié)理產(chǎn)生錨固作用。首先在考慮了錨桿在節(jié)理面附近發(fā)生的拉伸變形、剪切變形以及局部轉(zhuǎn)動(dòng)變形的基礎(chǔ)上，研究了隨節(jié)理變形而變化的錨桿錨固作用規(guī)律。當(dāng)錨桿在節(jié)理面附近處于彈性狀態(tài)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為錨桿變形后的的形狀為雙曲余弦函數(shù)，推導(dǎo)得出了彎矩和軸力共同作用下，在錨桿某點(diǎn)達(dá)到彈性極限時(shí)，桿體內(nèi)的剪切力和軸向力。

5、當(dāng)錨桿在節(jié)理面附近處于塑性狀態(tài)時(shí)，錨桿在繼續(xù)增大的軸向力作用下發(fā)生大變形。假設(shè)錨桿材料服從Tresca屈服準(zhǔn)則，得出了錨桿失效時(shí)的桿體內(nèi)的剪切力和軸向力。求剪力和軸力的合力，并將合力向節(jié)理的切向與法向分解，得出了考慮錨桿變形的加錨節(jié)理模型。
　　 將斷續(xù)節(jié)理巖體的力學(xué)特性與錨桿對(duì)節(jié)理的加固機(jī)理相結(jié)合，并考慮到錨桿對(duì)巖橋的加固作用，得出了加錨斷續(xù)節(jié)理巖體錨固模型。巖橋貫通前，巖石材料變形較小，此時(shí)假設(shè)錨桿與巖石變形協(xié)調(diào)，得到了加錨

6、巖石的等效彈性模量，并假設(shè)此時(shí)穿過(guò)節(jié)理的錨桿處于彈性小變形階段，建立了在此條件下加錨斷續(xù)節(jié)理巖體的剪切抗力模型。巖橋貫通后，認(rèn)為此時(shí)錨桿處于塑性大變形階段，結(jié)合斷續(xù)節(jié)理的幾何特點(diǎn)，并考慮到錨桿對(duì)粗糙節(jié)理的加固作用，推導(dǎo)得出了此時(shí)錨桿對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體的加固模型。
　　 將所建立的理論模型應(yīng)用于Sarma法中，用于計(jì)算邊坡的安全系數(shù)。在計(jì)算條塊的抗滑力時(shí)，首先根據(jù)應(yīng)力條件判斷巖橋破壞形式，再根據(jù)巖橋貫通破壞形式計(jì)算巖橋出現(xiàn)拉剪復(fù)合破壞