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锚杆作用机理的RFPA数值试验研究

作　者: 苏霞
导　师: 李仲奎
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 锚杆传力机理 RFPA 数值试验
分类号: TV223
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

锚杆加固技术是解决复杂岩石工程问题最经济、最有效的方法之一,但是目前在岩石锚固技术上,存在着理论研究落后于工程实践的情况,而这种情况会阻碍岩石锚固技术的进一步发展。为此,本课题采用较适于进行非均匀介质复杂机理研究的RFPA新型软件系统进行了一系列的模拟试验,对岩石锚杆的传力机理进行了研究,所完成的工作和取得的研究成果主要包括:一.利用正交试验法安排和进行了一系列锚杆拉拔试验,对6种可能影响锚杆承载力的因素进行了研究。试验结果表明,如果想得到更大的锚杆承载力,除了考虑增加锚杆长度之外,还应考虑采用更高强度的树脂类粘结材料、选用带肋钢筋和使钻孔孔壁光滑的方法。另外,采用树脂类粘结材料作粘结剂和表面光滑的钻孔得到的破坏曲线具有相对好的“延性”。二.通过群锚杆拉拔试验,对不同锚杆间距对群锚的极限承载力的影响进行了研究。试验结果表明,当锚群中相邻锚杆之间的间距较小,且锚杆钢筋与岩石钻孔粘结完好时,存在群锚效应。本课题给出计算中要考虑群锚效应时的间距条件,并根据试验结果对已有的群锚拉拔力计算公式进行了修正。且提出锚杆和岩石之间的粘结强度不能过低,否则即使在间距很小的锚杆群中,仍然会发生粘结破坏,锚杆不能起到共同作用的效果。论文中给出了粘结强度应满足的参考公式。三.对锚杆在受剪切作用的同时受到拉拔力的情况进行了试验。通过对试件破坏过程的观察,本课题解释了剪切作用使锚杆极限承载力降低的原因。试验结果表明,锚杆与不连续面的安装角对锚杆系统剪切承载力有较大的影响。在相同大小的拉拔力水平下,安装角为45°的锚杆比安装角为90°的锚杆可承受更大的剪切力。同时还发现锚杆拉拔力折减系数与相对剪切力水平之间存在着一定的曲线关系,本课题根据其拟合曲线给出了承受剪切作用时锚杆极限承载力的计算公式。

全文目录

第1章绪论  9-29
  1.1 简述  9-10
  1.2 岩体锚固技术的发展概况  10-14
  1.3 锚固理论研究的发展概况  14-26
    1.3.1 锚杆的种类和传力模型  14-18
    1.3.2 岩体锚固的基本原理  18-20
    1.3.3 物理试验和数值计算  20-26
  1.4 本课题的意义和研究内容  26-29
    1.4.1 课题的针对性和意义  26-27
    1.4.2 研究内容和成果  27-29
第2章岩石破裂过程的非线性与RFPA  29-49
  2.1 RFPA的基本理论思想  29-31
  2.2 基元的概率分布  31-36
    2.2.1 用概率分布来反映材料的不均匀性  31-34
    2.2.2 岩石材料非均匀性的物理统计描述方法  34-36
  2.3 基元的本构关系  36-44
    2.3.1 基元的三种形态  36-38
    2.3.2 基质基元的本构关系和发生相变的判断  38-44
  2.4 模拟岩石破裂过程的实现  44-45
  2.5 RFPA用于锚杆机理研究的可行性  45-47
    2.5.1 应用该程序进行锚杆机理研究的可行性分析  46
    2.5.2 模拟锚杆拉拔试验的简单算例  46-47
  2.6 本章小结  47-49
第3章锚杆系统的力学分析和模拟  49-60
  3.1 锚杆系统的组成和力学行为  49-50
  3.2 钢筋与粘结剂材料接触面传力机理和模型化  50-55
    3.2.1 钢筋与粘结剂材料接触面传力机理  50-53
    3.2.2 RFPA系统中钢筋与粘结剂材料接触面单元模型  53-55
  3.3 粘结剂材料与钻孔孔壁接触面传力机理和模型化  55-59
    3.3.1 粘结剂材料与钻孔孔壁接触面传力机理  55-57
    3.3.2 RFPA系统中粘结剂材料与钻孔孔壁接触面单元模型  57-59
  3.4 锚杆系统的模拟  59
  3.5 本章小结  59-60
第4章岩石锚杆的数值拉拔试验  60-95
  4.1 单锚杆拉拔试验  60-79
    4.1.1 试验目的  60-61
    4.1.2 试验方案  61-64
    4.1.3 试验所得拉拔力值的分析  64-69
    4.1.4 试验破坏模式研究  69-79
  4.2 多锚杆拉拔试验  79-93
    4.2.1 试验目的  79
    4.2.2 试验方案  79-81
    4.2.3 试验所得破坏模式研究  81-85
    4.2.4 试验所得拉拔力值的分析  85-89
    4.2.5 群锚承载力设计  89-93
  4.3 本章小结  93-95
第5章剪切作用下岩石锚杆的数值拉拔试验  95-111
  5.1 试验目的  95-96
  5.2 试验模型和方案  96-101
    5.2.1 试验模型和单元参数  96-98
    5.2.2 试验安排和加载方案  98-101
  5.3 试验中观察到的破坏模式  101-103
  5.4 试验结果分析  103-110
    5.4.1 不同岩石强度的试验曲线  103-106
    5.4.2 不同角的试验曲线  106-108
    5.4.3 剪切力水平对锚杆拉拔力的影响  108-110
  5.5 本章小结  110-111
第6章结语和展望  111-114
  6.1 主要结论  111-113
    6.1.1 系统组成对岩石锚杆极限承载力的影响  111-112
    6.1.2 群锚效应对锚杆极限承载力的影响  112
    6.1.3 剪切作用对锚杆极限承载力的影响  112-113
  6.2 工作展望  113-114
参考文献  114-119
致谢、声明  119-120
附录1 单锚杆试验安排表  120-123
附录2 多锚杆试验结果  123-124
附录3 剪切力作用下锚杆拉拔试验结果  124-127
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  127

锚杆作用机理的RFPA数值试验研究

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