加錨結構面剪切特性及錨固巖體綜合力學模型研究.pdf

1、目前，預應力錨固技術已經成為巖土工程中最常見的技術手段。從上世紀30年代起，伴隨著幾十年國內外大型巖土工程建設與相關技術發(fā)展，預應力錨固技術在高邊坡加固中得到了廣泛應用，其在結構設計、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，其力學性質是與其形成背景、地質構造作用歷史、賦存環(huán)境以及工程設計等各種條件密切相關的，導致目前的錨固機理及分析方法還不夠完善，對工程設計與評價方法指導性不足，成為制約

2、該技術發(fā)展的一個重要瓶頸問題。
　　 在總結前人所取得的研究成果基礎上，結合理論分析、物理模型試驗及數(shù)值分析，開展加錨結構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工程建設中的相關問題的解決提供重要的技術支持。
　　 結合前人相關研究成果，本文主要進行了以下幾個方面的研究:
　　 (1)錨固結構面剪切力學特性分析。通過系統(tǒng)對以往

3、巖體結構面的剪切力學行為的總結與歸納，定量地分析了預應力錨索在結構面剪切變形作用下的軸力增量、抗剪力以及預應力對結構面抗剪強度的貢獻，并提出了錨固結構面的當量抗剪強度計算公式，并在此基礎上推導了錨固結構面的等效抗剪強度參數(shù)計算公式。基于理論分析與模型試驗，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構面抗剪強度特性的影響;
　　 (2)錨固結構面的室內模型試驗研究。在錨固結構面剪切力學特性的分析成

4、果基礎上，對平直型結構面與起伏狀結構面錨固前后的剪切破壞行為進行了室內模型試驗。通過模型試驗，總結了不同類型錨固結構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構面剪切強度進行了研究，驗證了推導的錨固結構面當量抗剪強度計算公式的合理性;并結合模型試驗，對預應力錨索的錨固角、錨索材料及結構面特性對錨索效用發(fā)揮進行了討論;
　　 (3)錨固結構面剪切破壞過程的數(shù)值模擬。以室內模型試驗為基礎，建立平直型結構

5、面與起伏狀結構面的錨固力學模型，采用動力顯示分析方法進行不同條件下的錨固結構面的細觀力學行為進行研究，主要包括剪切過程中結構面應力分布、等效塑形應變分布、錨索受力及變形分析、結構面法向位移、抗剪強度特性等方面。結合室內模型試驗成果，進一步總結歸納了預應力錨索對結構面的錨固作用規(guī)律;
　　 (4)結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，提出了錨固結構面穩(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