巖體結構面力學特性及其錨固效應的數(shù)值計算研究.pdf

1、地質(zhì)體有別于一般工程材料的一個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“結構面”,如斷層、節(jié)理、軟弱夾層或巖帶、層面等。結構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。通過對巖體結構面的力學性質(zhì)研究,明確巖體在各種荷載作用下結構面變形與強度所產(chǎn)生的力學效應,具有重要意義。
　　 論文通過收集前人資料、理論分析、現(xiàn)場試驗及數(shù)值仿真技術,對結構面力學和變形

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

3、動,往往對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FLAC3D的錨桿單元進行修正,通過內(nèi)置的FISH語言實現(xiàn)更加符合實際情況的錨桿數(shù)值單元。
　　 通過現(xiàn)場錨桿拉拔試驗,對不同錨桿錨頭位移與錨頭拉力之間的關系進行了分析,同時利用修正的FLAC3D的錨桿單元進行數(shù)值模擬計算,錨頭位移與錨頭拉力之間的計算關系曲線與實測的結果基本一致,從而驗證了本文所建立的錨桿修正單元的正確性。
　　 另外,通過

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

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