預應力錨桿(索)在節(jié)理巖體中的支護機理研究及應用.pdf

1、巖體是由各種結構面組分割而成的大小方位各不相同的巖塊組合體,其內部所包含節(jié)理的長度、方向和傾角對巖體性態(tài)起著決定性的作用,因此,在進行巖體破壞和穩(wěn)定性研究時,僅僅以巖石為研究對象是不夠的,應深入研究節(jié)理對巖體強度的影響。為了保證巖體工程順利開挖,必須采取必要的措施保證其安全性,巖體錨固便成為巖土工程領域的重要分支,近年來,預應力錨桿加固已經(jīng)成為巖石開挖支護方面最有效、最經(jīng)濟的支護方式之一。然而,巖土錨固理論目前還不完善,大多數(shù)錨固工程的

2、設計仍采用工程類比法或半理論、半經(jīng)驗的方法。我們應在現(xiàn)有理論的基礎上,借助于近年來快速發(fā)展的數(shù)值分析方法,探討預應力錨桿支護后節(jié)理巖體整體力學性質,改善錨固工程的設計方法,并將其應用到巖體工程穩(wěn)定性分析中。
　　 本文首先概述了節(jié)理的力學成因和狀態(tài)；從理論分析出發(fā),將非貫通節(jié)理巖體破壞分為三種模型并分析了各種模型的破壞機理和強度準則；根據(jù)塑性區(qū)最短距離判據(jù)分析了裂紋的擴展方向。隨后,總結了錨桿和錨索的支護機理,并以錨桿和節(jié)理面共

3、同變形為基礎,探討了對錨桿有效錨同長度和最優(yōu)錨固角。同時,運用ANSYS數(shù)值模擬軟件,對預應力錨索的錨固機理進行了數(shù)值模擬研究,其中,錨索的自由段用只能承受單向拉伸的三維桿單元Link10模擬,錨固段用三維桿單元Link8模擬,為了能使預應力錨索和巖體之間產(chǎn)生聯(lián)系,本文在劃分單元格時將錨索結點和巖體結點設置重合,預應力采用等效降溫法施加。最后研究了巷道層狀頂板頂板預應力錨桿的加固作用。
　　 本文主要得到了如下結論:
　　

4、 (1)預應力錨索支護對節(jié)理巖體巷道的加固作用,主要體現(xiàn)在增加節(jié)理面正壓力和項板壓應力,消除拉應力。
　　 (2)對錨索施加的預應力主要由自由段承擔。預應力錨索的錨固段只有一部分發(fā)揮作用。內錨固段剪應力峰值位置基本不隨各因素的改變而改變,但峰值大小隨錨索剛度的增大或預應力、巖體剪切模量的減小而有不同程度的減小。
　　 (3)張拉式預應力錨索在內錨固段周圍的巖體是受拉的,在群錨設計時,應防止預應力錨索的內錨頭布置在同一個