全長粘結(jié)式錨桿受力特性以及數(shù)值仿真試驗研究.pdf

1、錨桿是巖土工程中重要的支護構(gòu)件。但由于錨固工程本身的復(fù)雜性和多樣性，導(dǎo)致目前錨固機制、設(shè)計理論以及計算方法都不夠完善。明確錨固力學(xué)傳遞規(guī)律、建立準確的界面應(yīng)力分布理論模型以及采用合理的數(shù)值計算方法都是進行錨桿錨固研究的關(guān)鍵。本文在現(xiàn)有試驗、理論的基礎(chǔ)上，針對各種荷載作用和各種工程工況，對全長粘結(jié)式錨桿的受力特性、錨固界面力學(xué)模型以及數(shù)值模擬計算等方面展開研究工作。 分析單根全長粘結(jié)式錨桿在張拉荷載作用下的受力狀態(tài)，根據(jù)已有試驗得

2、到的錨固界面應(yīng)力分布曲線和相關(guān)結(jié)論，用比較簡單的數(shù)學(xué)表達式對復(fù)雜的剪應(yīng)力分布情況進行描述，建立均質(zhì)巖體錨桿應(yīng)力分布理論模型和節(jié)理巖體錨桿支護理論模型。同時鑒于目前數(shù)值模擬計算中存在的問題，推導(dǎo)考慮錨桿與灌漿體之間剪切破壞作用的三維錨桿有限元計算程序，并借助Fortran編程語言得以實現(xiàn)，最后進行程序驗證和拉拔試驗數(shù)值模擬計算。結(jié)果表明，當(dāng)拉拔荷載較小時，錨固界面沒有解耦發(fā)生，桿端軸力最大，大小等于作用的拉拔力，隨后軸力沿桿長呈“近似負指

3、數(shù)”分布；隨著拉拔荷載的增加，桿體前端界面出現(xiàn)解耦，解耦段的軸力恒等于峰值拉拔力，未解耦段的軸力依然服從“近似負指數(shù)”分布；當(dāng)達到極限抗拉拔力時，錨桿前端界面解耦段長度的數(shù)值模擬結(jié)果與實測結(jié)果基本吻合。 推導(dǎo)并驗證剪切荷載作用下錨桿加固節(jié)理巖體系統(tǒng)的兩種破壞理論模型。同時借助三維有限元計算，嘗試采用新型數(shù)值計算模型來模擬全長粘結(jié)式錨桿以及錨桿與灌漿體之間的相互作用，進一步揭示某些錨固參數(shù)對錨桿加固效果的影響。得出以下結(jié)論：錨桿傾

4、斜安裝可以有效減小剪切位移、緩解錨固體系中應(yīng)力的增加，最終提高節(jié)理巖體整體抗剪強度；當(dāng)圍巖抗壓強度較小時，錨固系統(tǒng)最終發(fā)生拉彎破壞。 采用合理的錨固體-巖土體界面力學(xué)模型來模擬錨固體與灌漿體之間的相互作用。結(jié)果表明，錨固段從加載到破壞分為彈性變形階段、滑移變形階段和脫粘滑動階段，每一階段應(yīng)力的分布特征和演化規(guī)律都與理論分析結(jié)果一致；不同桿長的錨桿達到極限拉拔荷載時，其軸向應(yīng)力分布、錨固界面剪應(yīng)力分布非常相似，且界面應(yīng)力主要分布在