加錨結(jié)構(gòu)面剪切特性及錨固巖體綜合力學模型研究.pdf

1、目前，預應力錨固技術(shù)已經(jīng)成為巖土工程中最常見的技術(shù)手段。從上世紀30年代起，伴隨著幾十年國內(nèi)外大型巖土工程建設(shè)與相關(guān)技術(shù)發(fā)展，預應力錨固技術(shù)在高邊坡加固中得到了廣泛應用，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、后期監(jiān)測及加固機理研究等方面取得了若干重要成果。但由于巖體本身的復雜性和多樣性，其力學性質(zhì)是與其形成背景、地質(zhì)構(gòu)造作用歷史、賦存環(huán)境以及工程設(shè)計等各種條件密切相關(guān)的，導致目前的錨固機理及分析方法還不夠完善，對工程設(shè)計與評價方法指導性不足，成為制約

2、該技術(shù)發(fā)展的一個重要瓶頸問題。
　　 在總結(jié)前人所取得的研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析、物理模型試驗及數(shù)值分析，開展加錨結(jié)構(gòu)面剪切力學性能與錨固節(jié)理巖體綜合力學模型建立方面的研究，一方面對于錨固技術(shù)發(fā)展、工程應用等方面有重要的意義，另外也為目前國家基礎(chǔ)工程建設(shè)中的相關(guān)問題的解決提供重要的技術(shù)支持。
　　 結(jié)合前人相關(guān)研究成果，本文主要進行了以下幾個方面的研究:
　　 (1)錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學特性分析。通過系統(tǒng)對以往

3、巖體結(jié)構(gòu)面的剪切力學行為的總結(jié)與歸納，定量地分析了預應力錨索在結(jié)構(gòu)面剪切變形作用下的軸力增量、抗剪力以及預應力對結(jié)構(gòu)面抗剪強度的貢獻，并提出了錨固結(jié)構(gòu)面的當量抗剪強度計算公式，并在此基礎(chǔ)上推導了錨固結(jié)構(gòu)面的等效抗剪強度參數(shù)計算公式?；诶碚摲治雠c模型試驗，分析了錨索屈服強度、錨索彈性模量、巖塊（砂漿）抗壓強度、剪脹角等因素對錨固結(jié)構(gòu)面抗剪強度特性的影響;
　　 (2)錨固結(jié)構(gòu)面的室內(nèi)模型試驗研究。在錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學特性的分析成

4、果基礎(chǔ)上，對平直型結(jié)構(gòu)面與起伏狀結(jié)構(gòu)面錨固前后的剪切破壞行為進行了室內(nèi)模型試驗。通過模型試驗，總結(jié)了不同類型錨固結(jié)構(gòu)面在不同應力條件下的剪切破壞模式;另外，通過模型試驗對不同錨固作用下的結(jié)構(gòu)面剪切強度進行了研究，驗證了推導的錨固結(jié)構(gòu)面當量抗剪強度計算公式的合理性;并結(jié)合模型試驗，對預應力錨索的錨固角、錨索材料及結(jié)構(gòu)面特性對錨索效用發(fā)揮進行了討論;
　　 (3)錨固結(jié)構(gòu)面剪切破壞過程的數(shù)值模擬。以室內(nèi)模型試驗為基礎(chǔ)，建立平直型結(jié)構(gòu)

5、面與起伏狀結(jié)構(gòu)面的錨固力學模型，采用動力顯示分析方法進行不同條件下的錨固結(jié)構(gòu)面的細觀力學行為進行研究，主要包括剪切過程中結(jié)構(gòu)面應力分布、等效塑形應變分布、錨索受力及變形分析、結(jié)構(gòu)面法向位移、抗剪強度特性等方面。結(jié)合室內(nèi)模型試驗成果，進一步總結(jié)歸納了預應力錨索對結(jié)構(gòu)面的錨固作用規(guī)律;
　　 (4)結(jié)合預應力錨固機理分析，基于復合材料細觀力學中Eshelby理論，將錨固節(jié)理巖體看作是單向增強的復合材料，提出了錨固節(jié)理巖體的綜合力學模

6、型，并推導了錨固節(jié)理巖體力學模型中各彈性常數(shù)的計算方法。并結(jié)合斷裂力學等理論，對錨固節(jié)理巖體在沿錨索軸向受拉作用下的穩(wěn)態(tài)開裂問題進行了探討，提出了錨固節(jié)理巖體在軸向拉力作用下的開裂臨界應力計算方法;
　　 (5)工程應用與分析。綜合以上研究成果，以錦屏一級水電站左岸高邊坡施工過程中的塊體穩(wěn)定分析為工程實例，提出了錨固結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定分析時的等效抗剪強度分析方法，并通過工程實例應用可知，該方法較計算中僅考慮預應力作用時得到的安全系數(shù)要更