杨典森[1]2004年在《锚固岩体等效参数数值模拟研究及应用》文中进行了进一步梳理锚杆作为一种行之有效的、经济优越的支护技术,已经在岩土工程中得到了大量的使用,而锚固方面的研究工作主要还停留在理论和模型实验上。目前数值模拟技术的迅速发展,为锚固工程的评价和研究提供了一条新的途径。本文利用现有的数值分析程序,根据等效原理进行了锚固岩体等效参数的数值模拟研究,为锚固工程的数值分析提供了一条新的思路首先本文概述了锚杆的研究现状,对数值分析方法进行了总结分析,通过仔细分析,找到了论文的研究思路。其次,详细分析了锚杆的数值模拟方法,比较了它们之间的异同及适用范围。对在岩土工程应用较好的数值程序(FLAC3D)进行了研究,并对它的锚杆模拟方法进行了仔细分析。然后,利用FLAC3D程序,根据位移等效和强度等效原理进行了锚固岩体等效参数的数值模拟研究。通过设计不同锚固方案,进行了大量的数值模拟试验。根据数值模拟的结果,对各支护参数的锚固效果进行了评价。利用多元线性回归方法,得出了锚固岩体等效参数C值的提高百分比与L/R(锚杆长度和洞室半径之比)和φ/D(锚杆直径和锚杆间距之比)这两个影响因子的近似公式,通过算例验证了它的可靠性。最后,对琅琊山抽水畜能电站的实际锚固工程进行了数值模拟分析。应用研究出的近似公式,大大简化了数值模拟的工作量和难度,与现场监测结果对比分析表明了该近似公式的可行性。同时对围岩稳定性和支护参数进行了合理性评价,为设计和施工单位提供了有益的参考意见。
余大军[2]2012年在《节理岩体特性的模型试验和特征单元体的研究》文中研究指明岩石的特殊形成过程决定了岩体材料性质的复杂性。一般自然界中岩体经受过复杂的地质作用后,其内部存在不同规模、性质各异的地质结构面(节理、裂隙、断层等),使得岩体的结构特征与力学性质错综复杂。本文从室内模型试验和数值模拟计算这两方面研究了节理岩体的强度和变形特性以及岩体特征单元体。岩体特征单元体REV (Representative Elementary Volume)是连续介质力学的一个重要概念。REV是一个尺度,即将岩体等效连续力学性质视为常数的最小尺度。本文主要作了如下工作：(1)通过室内模型试验研究了多节理岩体的强度和变形特性。主要制作了叁类试件,分别是完整试件、节理试件和加锚节理试件。节理试件是在完整试件的内部预制了叁个一定倾角的节理,加锚节理试件是在节理试件内部预留锚孔,待试件达到一定强度后采用数值锚固剂将锚杆锚固其中后的试件。节理的倾角(节理面与水平面之间的夹角)设有30°、45°、60°叁种。对叁类试件分别进行了单轴压缩试验。室内试验的主要内容和主要结论如下：1)通过对不同配合比的砂浆材料进行单轴压缩和劈裂试验,研制出了种与工程岩体物理力学参数满足一定相似比的砂浆材料。并以此配合比选择了一硬铝合金作为相似锚杆材料。2)对叁种试件进行单轴压缩试验,分别研究了预制节理对模拟岩体材料强度的弱化效果及锚杆对节理岩体的加固效应。结果表明随着节理倾角的增大,节理对岩体的强度弱化效果愈明显。此时,锚杆对节理的加固效应也愈显着。预制节理对模拟岩体试件、锚固对节理岩体试件的破坏形态都产生了显着影响。(2)通过总结前人的科研成果,归纳了节理岩体等效连续模型的基本思路和强度等效的基本原理。总结了节理岩体特征体(REV)的研究方法。重点介绍了数值方法研究岩体特征单元的思路和步骤。(3)以大岗山水电站工程为背景,通过数值模拟方法确定了该工程计算域岩体的特征单元体尺寸以及等效力学参数,并通过数值加载试验,确定了满足REV尺寸岩体的强度屈服方程。结果表明,该岩体的屈服曲线满足指数函数。(4)建立了大岗山水电站洞室群准叁维计算模型。采用两种计算方案,一种方案是利用地质统计特征计算得到的岩体参数(由设计单位提供),并根据现场的监测位移数据进行参数反演进而得到修正的岩体参数进行计算；另一种计算方案是考虑随机节理,通过数值方法确定不同岩体分区的REV尺寸和岩体等效参数及强度屈服函数进行计算。分别以上述两种方案进行该工程洞室群的开挖模拟计算,对计算结果中的关键点位移做了研究。同时考虑了围岩劈裂破坏产生的裂隙张开位移,利用山东大学前人研究的经验公式,对计算位移进行了修正。研究结果表明：经过修正的关键点位移能够很好地与现场监测位移吻合,说明采用基于REV思想来获取岩体等效参数和屈服函数的计算方案来进行工程模拟的计算更方便且符合实际。同时也再次说明,当将岩体视为等效连续介质材料进行数值计算时,围岩的裂隙张开位移不容忽视。
陈云娟, 朱维申, 王知深, 王文[3]2015年在《DDARF全长锚固岩体等效参数研究及其应用》文中研究指明非连续变形分析DDARF中锚杆为端锚形式,全长锚杆的研究目前处于初步阶段。为此从锚固效应的角度出发,考虑全长锚杆引起的加锚岩体力学参数的改变,从而实现DDARF中全长锚杆的锚固效应分析。文章以沂蒙抽水蓄能电站为工程背景,利用FLAC进行了毛洞、加锚岩体力学参数提高、全长锚杆支护叁种工况下洞室围岩塑性区分析;利用DDARF进行了该叁种工况下洞室围岩裂隙扩展分析。结果表明:FLAC分析中,参数提高和全长锚杆支护两种工况下围岩塑性区均比毛洞时显着减少,其中粘聚力提高1.18倍和全长锚杆支护两种工况吻合度较高,验证了所引用公式的合理性;DDARF分析中,参数提高和全长锚杆支护两种工况下,洞室围岩裂隙扩展规模和数量基本一致,较毛洞相比均得到了有效控制。采用锚固岩体等效参数提高来模拟DDARF全长锚杆的锚固效应,不仅大大减少了锚杆的计算工作量,而且具有较高的准确度,为DDARF中全长锚杆的锚固效应分析提供了新的思路。
孟德宇[4]2018年在《顺层岩体边坡锚固等效参数计算方法研究》文中研究说明锚固等效参数是进行顺层边坡锚固效果数值模拟的关键科学数据。针对锚固顺层岩体边坡中结构体和结构面刚度系数不同的实际情况,将锚杆锚固后顺层岩体边坡的锚杆、结构面、结构体的复杂体系等效为一个均质岩体。推导了节理岩体等效法向刚度系数和等效切向刚度系数计算公式。基于结构体小变形、岩体变形可迭加性及抗剪强度参数c、φ值不相关性假定,利用Coulomb抗剪强度理论推导、建立了顺层岩体边坡锚杆等效抗剪强度参数c、φ值计算公式。
杨明[5]2002年在《路堑类土质边坡锚固技术研究》文中提出随着高速公路建设向山区的转移，必然会出现大量路堑类土质边坡。然而，由于对类土质边坡破坏机理的认识不够以及加固措施不力，常常会留下一些工程隐患且造成资源浪费。锚固技术是利用巨大的锚固力改变坡体应力状态、调用坡体自稳能力的一种主动加固方法。它安全稳定、轻巧美观，综合造价及社会经济效益要明显地优于传统的重型支挡结构。但目前，国内对锚固技术的研究大多集中于岩石边坡，对类土质边坡的锚固机理(尤其是一些新型锚固措施，如预应力锚索框架、地梁等，没有成熟的计算模式)缺乏研究，其应用大多是基于经验的。 本文通过大量野外调查，提出类土质边坡的概念，并分析了它不同于一般粘性土边坡的特性；通过锚索抗拔试验研究了类土质边坡的锚固力大小、锚索刚度系数和锚索预应力损失情况；通过现场试验、理论分析和数值计算相结合的方法，研究预应力锚索框架(地梁)加固类土质边坡的机理，提出预应力锚索框架(地梁)的内力计算模式。最后，应用拉格朗日元法对预应力锚索地梁加固的类土质边坡进行数值模拟，得出它具有普通锚固措施不能达到的优越性。
孟波[6]2013年在《软岩巷道破裂围岩锚固体承载特性及工程应用研究》文中研究指明破裂围岩锚固结构的形成条件及其承载能力对于高应力巷道围岩稳定性控制问题具有至关重要的意义。本文紧紧围绕巷道破裂围岩与锚杆支护相互作用机理这一关键科学问题，综合采用物理模型试验、数值计算、理论分析与工程应用验证等方法开展了系统研究。主要获得了以下成果和结论：（1）研制与完善了“大比尺叁维锚固体力学模型试验台”，可以实现对破裂岩体预制以及锚固体受压破坏过程中力学边界条件的模拟与控制；配制了符合破裂岩体力学特性、满足大相似比要求、破坏后仍具有完整性便于裂纹观测以及碎块统计的岩性相似材料。（2）通过模拟实际巷道开挖和返修过程中围岩应力路径预制了破裂岩体。在此基础上，进行不同围岩初始破裂程度、不同锚杆预紧力、不同锚杆密度条件下大比尺、叁轴应力条件下破裂围岩锚固体模型试验，得到了破裂围岩锚固体强度随锚固条件的变化规律。探讨了不同锚固条件对破裂围岩锚固体变形破裂特征、分形特征、能耗特征的影响规律，为后续研究组合拱（梁）承载性能奠定了基础。（3）利用数值反演的方法，确定了破裂围岩锚固体强度参数随应变的演化规律，并将之嵌入FLAC~(3D)计算模型中，获得了巷道破裂围岩组合拱承载能力及其对围岩应力场演化规律的影响。对数值计算得到的不同锚固条件下组合拱承载能力、组合拱内外应力分布以及峰值迁移规律进行了分析，获得了锚固条件及组合拱厚度对组合拱承载能力以及外部围岩稳定性的影响规律。（4）建立了巷道围岩锚固支护结构理论分析模型，获得了一定厚度组合拱（梁）发生结构失稳或强度破坏时极限承载能力表达式。通过对锚固体物理模型试验中锚杆托盘附近岩体破裂形态以及锚固体内部应力分布情况的研究，获得了锚杆控制区范围形态及演化规律，在此基础上推导得到了组合拱（梁）存在需满足的基本条件以及失效形式判据，为破裂围岩巷道组合拱（梁）稳定性控制提供了理论基础。（5）最后，在以上研究的基础上，通过典型的大断面破裂软岩巷道治理工程案例验证了论文结论的合理性和实用性。
邓华锋, 李建林, 王乐华[7]2008年在《考虑卸荷的加锚裂隙岩体力学参数研究》文中研究指明加锚岩体的力学参数确定一直是岩土工程中的一个重要和困难的问题,在考虑卸荷的情况下,对边坡岩体的分离块体经系统锚杆加固后的抗压强度、泊松比、弹性模量及c,?值的变化规律进行了数值模拟计算和分析,并考虑了不同的加卸载路径、锚固角和岩体强度对加固效果的影响,计算结果表明,在分析卸荷岩体边坡加固时,必须考虑裂隙岩体卸荷历史的影响。最后用试验结果验证了等效数值计算方法的正确性。
王辉[8]2016年在《预应力锚杆复合土钉支护体系施工阶段的灾变机理研究》文中研究说明预应力锚杆复合土钉支护体系自20世纪80年代产生以来,以其工程造价低、控制变形好、便于信息化施工等优点在基坑工程实践中得到广泛应用。其中,土钉以土体位移为受力的先决条件,属被动支护机制,而预应力锚杆通过对坑壁施加初始背拉力预先控制基坑变形,属主动约束机制,两者作用机理不同,使得这种复合支护体系在施工过程中存在着受力空白区,尤其遭遇降雨入渗时,土体黏聚力减小且重度增大,灾变发生的可能性很大。目前,国内外对于预应力锚杆复合土钉支护体系的研究主要集中于内力与变形方面,且受场地与资金的限制,大型现场试验资料十分匮乏;整体稳定性的研究局限于安全系数的建立与可靠度分析,对于施工过程中复合支护体系的灾变演化过程研究甚少。因此,开展预应力锚杆复合土钉支护体系施工阶段的灾变机理研究对于提高深基坑支护结构的动态可靠度、保证施工安全及降低工程成本有着重要的经济意义与社会价值。本文采用原型试验、数值模拟与理论分析相结合的研究手段,对预应力锚杆复合土钉支护体系的施工力学行为、工作性状及灾变机制进行了研究,以此建立了该复合支护体系的灾变理论分析方法,重点阐述了其施工阶段的钉土加固体损伤变形、锚杆脱黏失效及考虑降雨与超载影响的整体稳定性。主要工作内容及研究成果如下:(1)开展预应力锚杆复合土钉支护结构的原型试验:以郑州某深基坑工程为依托,考虑施工工况影响,分析了前期土体扰动、基坑超挖、坡顶卸载、锚杆滞后张拉及连续降雨等对土钉应力时程曲线的影响规律;提出了预应力施加具有“工序效应”、“邻近效应”和“端头效应”的概念;探讨了基坑开挖支护过程中构件内力与基坑变形的“时间效应”。(2)对预应力锚杆复合土钉支护体系的受力变形特征进行数值模拟:针对某一典型实例,在验证模型有效性的基础上,对基坑变形特征、结构内力特征、预应力施加对土钉轴力及土体应力的影响进行分析,建议了“弱钉强锚”的设计理念;考虑支护构件塑性屈服,对传统的强度折减法进行修正,提出了根据位移等值线分布确定潜在滑移面的方法;通过改变预应力锁定值、自由段长度及锚杆作用位置研究了潜在滑移面的迁移规律。(3)对预应力锚杆复合土钉支护体系进行力学分析:基于“弱钉强锚”的设计理念,考虑土钉支护的加固机理,建立简化力学模型,对滑裂面土体进行应力分析,得出了钉土加固体的等效参数;滑楔理论结合增量法计算出每步开挖及预应力施加产生的荷载增量,并在加固体与预应力锚杆之间进行分配;结合预应力锚杆复合土钉支护结构的施工特点,对规范的杆系有限元模型进行改进,并根据荷载-位移关系研究了土钉轴力的发展变化规律。(4)对预应力锚杆复合土钉支护体系进行灾变分析:基于“弱钉强锚”的设计理念,视钉土加固体为均匀的“等效材料”,根据附加应力法建立加固体的本构模型;引入能量耗散与释放的概念,将损伤变量作为加固体的失稳判据;在考虑锚杆锚固效应的基础上,基于锚杆拉拔试验的荷载-位移关系曲线,推导出锚固界面的非线性剪切滑移模型;视预应力锚杆为弹性体,根据弹性理论得出结构的总势能;引入突变理论,将锚杆势函数化简为尖点突变模型的标准形式,构建锚杆失效的临界判据,进行失稳分析;考虑雨水入渗对土体黏聚力及重力的影响,建立功率平衡方程,进行复合支护体系的整体稳定性分析。
岳向红[9]2005年在《基于小波神经网络的锚杆锚固质量分析》文中提出本文采用理论分析、数值模拟和现场测试相结合的方法,对锚杆的现场测试信号和数值模拟锚杆动测信号进行了研究,并与小波分析和神经网络技术相结合,实现了对锚杆锚固质量智能化分类的目的,得到以下研究成果:(1)以应力波理论为基础,采用数值模拟的方法,对脉冲荷载作用下应力波在锚杆锚固体系中的传播规律进行了研究,并着重探讨了锚杆外露段长度和锚固砂浆强度对锚杆顶部质点动态响应的影响。(2)现行有关技术规范主要以注浆密实度为锚杆施工质量的控制指标,将注浆密实度质量状况按I、II、III、IV四个等级进行划分,通过对数值模拟和现场实测的四个质量等级锚杆动测曲线的对比,发现取得了较好的一致,表明本文所采用的模型、锚杆锚固体系等效参数的确定及数值分析的结果是可靠的,对提高锚杆无损检测的水平有所裨益。(3)基于小波变换的时频局部化特性及人工神经网络的非线性映射特性,将小波变换和人工神经网络的优点结合起来;从锚杆动测信号小波变换的分量中提取特征,最后将这些特征输入人工神经网络进行训练和分类,进而实现锚杆锚固质量等级的智能化分类,数值模拟试验显示了该方法的合理性。(4)在(3)基础上进行了现场试验研究,结果表明训练成功的神经网络可以作为智能分类器对锚杆锚固质量等级进行智能化分类。。
王文[10]2014年在《考虑块体内耦合作用及锚杆塑性效应的非连续变形分析方法》文中提出随着大型水利水电工程以及深部资源开发工程的飞速发展,岩石非连续大变形问题的理论与计算成为学术界研究的焦点。块体系统非连续变形分析(DDA)是近叁十年来才发展起来的一种新的数值计算方法,它在满足弹性理论基本方程的条件下能够反映出岩体变形的不连续性,既具有离散元法可计算块体大位移的特点,又具有有限元理论基础的严密性,具有广泛的应用前景,是目前岩土工程分析中的研究热点之一。非连续变形分析方法由于发展的较晚,在工程应用方面有诸多的局限性。本文对非连续变形分析方法进行了改进,考虑了位移收敛准则和锚杆的塑性变形。然后建立了非连续变形分析方法与有限元方法的耦合程序,讨论了并行算法。最后结合四川巴底水电站项目对该方法进行了深入研究,主要研究了等效力学参数的确定和动态施工过程等。本文的主要工作概括如下：1.对非连续变形分析方法进行了改进,加入了位移收敛判断准则。然后采用非连续变形分析方法对双裂隙岩块进行单轴和双轴压缩模拟试验,研究了裂隙角度和侧向应力大小对岩块特性的影响,得到了裂隙岩块在这两种加载试验中的破坏过程和应力—应变曲线,同时也得到了岩块中裂隙的起裂应力和岩块的峰值强度。在双轴压缩模拟试验中绘制了裂隙角度为45。岩块在不同侧向压力下的强度包络线,并根据包络线方程式确定参数的c、φ的取值,同时根据等效连续介质分析方法分析了某地下洞室的稳定性。随后,在程序中加入了锚杆的塑性变形力学模型,并采用改进后的程序模拟了劈裂试验中含裂隙试块的锚固效果,得到锚杆的塑性力学特性可以更好的描述锚杆的受力,更贴近工程实际情况。2.应用有限元参数化设计语言APDL,开发了非连续变形分析方法程序与有限元程序图形用户界面的接口程序ANSYS2DDARF,可以生成BLAC文件,使前处理更加直观方便。同时,在线性位移模式下,推导了非连续变形分析程序和有限元程序耦合方法的总体平衡方程,并且详细推导了相应的的弹性子矩阵、惯性子矩阵、荷载子矩阵和接触子矩阵等。非连续变形分析方法与有限元方法耦合后,每个块体的自由度由网格节点的数量所确定,更加准确的描述了块体的变形。最后采用耦合分析方法分析了某地下洞室围岩的位移影响因素,得到侧压力系数、围岩破碎面粘聚力、内摩擦角、抗拉强度对围岩的位移影响较大,同时顶拱为支护的关键位置,为工程提供了参考。3.考虑了非连续变形分析方法基于OpenMP的并行算法。首先提出了刚度矩阵并行组装策略,对非连续变形分析的刚度矩阵进行了并行化处理。然后对非连续变形分析的方程组计算采用改进的SSOR-PCG方法。最后通过算例表明改进后的并行算法可以使程序具有良好的加速比,明显的提高了模型的计算速度。4.在非连续变形分析方法的实际工程应用中,以四川巴底水电站地下洞室群为研究背景,首先数值模拟中的力学参数考虑了岩体中节理的随机性和岩体力学参数的不确定性,通过现场实测数据和数值模拟的方法进行等效确定。然后研究了动态施工方法,突出了对开挖顺序、分步开挖、分步支护过程进行模拟计算分析,并给出相应的解决方法,使程序可以更加真实的反映实际施工过程。5.将非连续变形分析方法与有限元方法的耦合问题,动态施工过程,基于OpenMP并行问题,锚杆的塑性变形力学模型和位移收敛准则使用C++语言在VC++平台中编制到计算程序中,使程序同时具备较好的分析块体变形的功能和工程应用的功能。
参考文献：
[1]. 锚固岩体等效参数数值模拟研究及应用[D]. 杨典森. 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）. 2004
[2]. 节理岩体特性的模型试验和特征单元体的研究[D]. 余大军. 山东大学. 2012
[3]. DDARF全长锚固岩体等效参数研究及其应用[J]. 陈云娟, 朱维申, 王知深, 王文. 现代隧道技术. 2015
[4]. 顺层岩体边坡锚固等效参数计算方法研究[J]. 孟德宇. 四川建材. 2018
[5]. 路堑类土质边坡锚固技术研究[D]. 杨明. 西南交通大学. 2002
[6]. 软岩巷道破裂围岩锚固体承载特性及工程应用研究[D]. 孟波. 中国矿业大学. 2013
[7]. 考虑卸荷的加锚裂隙岩体力学参数研究[J]. 邓华锋, 李建林, 王乐华. 岩土力学. 2008
[8]. 预应力锚杆复合土钉支护体系施工阶段的灾变机理研究[D]. 王辉. 郑州大学. 2016
[9]. 基于小波神经网络的锚杆锚固质量分析[D]. 岳向红. 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）. 2005
[10]. 考虑块体内耦合作用及锚杆塑性效应的非连续变形分析方法[D]. 王文. 山东大学. 2014