巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性及其錨固效應(yīng)的數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、地質(zhì)體有別于一般工程材料的一個(gè)重要特征就是其中包含有各種具有宏觀尺度規(guī)模的界面,這種與周圍巖體具有顯著性質(zhì)差異的界面在地質(zhì)上統(tǒng)稱為“結(jié)構(gòu)面”,如斷層、節(jié)理、軟弱夾層或巖帶、層面等。結(jié)構(gòu)面在很大程度上破壞了巖體的連續(xù)性,并控制了巖體的工程地質(zhì)特性。通過(guò)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)研究,明確巖體在各種荷載作用下結(jié)構(gòu)面變形與強(qiáng)度所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng),具有重要意義。
　　 論文通過(guò)收集前人資料、理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)值仿真技術(shù),對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)和變形

2、特性,及在錨桿加固情況下結(jié)構(gòu)面的響應(yīng)特征、巖體邊坡穩(wěn)定性等相關(guān)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,為工程實(shí)踐提供科學(xué)指導(dǎo)。
　　 現(xiàn)有巖體結(jié)構(gòu)面剪切應(yīng)力和剪切位移描述模型的局限性是只能反映塑性結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力變形特征,本文通過(guò)對(duì)其進(jìn)行修正,使其即能描述塑性結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力變形特征也能描述脆性結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力變形特征。
　　 FLAC3D中錨桿單元只能考慮軸向力和軸向摩擦力的作用,而無(wú)法考慮錨桿的橫向剪切力作用。在實(shí)際節(jié)理巖體中,由于節(jié)理結(jié)構(gòu)面的錯(cuò)

3、動(dòng),往往對(duì)錨桿形成橫向剪切力,因此,考慮錨桿的橫向剪切力特征顯得較為重要,本文對(duì)FLAC3D的錨桿單元進(jìn)行修正,通過(guò)內(nèi)置的FISH語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)更加符合實(shí)際情況的錨桿數(shù)值單元。
　　 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)錨桿拉拔試驗(yàn),對(duì)不同錨桿錨頭位移與錨頭拉力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,同時(shí)利用修正的FLAC3D的錨桿單元進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,錨頭位移與錨頭拉力之間的計(jì)算關(guān)系曲線與實(shí)測(cè)的結(jié)果基本一致,從而驗(yàn)證了本文所建立的錨桿修正單元的正確性。
　　 另外,通過(guò)

4、自行編制ANSYS-FLAC3D的轉(zhuǎn)換程序,改進(jìn)以往文獻(xiàn)中所編制程序的ANSYS-FLAC3D的數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法,使數(shù)據(jù)導(dǎo)入速度和建模效率得到大大提高,從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜表面形態(tài)結(jié)構(gòu)面試樣模型的數(shù)值建立。
　　 同時(shí),論文探討了結(jié)構(gòu)面形態(tài)對(duì)于剪切強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及結(jié)構(gòu)面破壞模式的影響,建立了結(jié)構(gòu)面起伏角與結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系模型；探討了硬性結(jié)構(gòu)面的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法,并研究了法向位移和剪切位移的關(guān)系,揭示了結(jié)構(gòu)面剪脹特性,并建立了剪脹

5、理論模型；研究了結(jié)構(gòu)面加載過(guò)程中,加載速率對(duì)結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度的影響,并建立了二者之間的線性擬合模型。
　　 也探討了節(jié)理試樣剪切強(qiáng)度與節(jié)理面厚度的關(guān)系,并針對(duì)不同起伏角,建立二者關(guān)系曲線的二次拋物線擬合方程。
　　 鑒于在加錨條件下結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力和變形特征研究的不足,本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法,并利用第二章所建立的修正的錨桿單元,分別對(duì)比了結(jié)構(gòu)面在加錨和無(wú)錨情況下的強(qiáng)度特征,應(yīng)力應(yīng)變特性,并研究在不同錨桿傾角情況下,結(jié)構(gòu)面的力學(xué)