浅谈基于复合材料力学的层状岩体锚固支护系统研究与数值模拟

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于复合材料力学的层状岩体锚固支护系统研究与数值模拟姓名：王涛申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：李新平20060401武汉理T大学硕士学位论文摘要锚杆支护作为岩土体结构加固的一种常用方法，由于能充分调动锚杆周围的岩层自身强度，显著增强周围地层的承载能力，节约工程材料，从而成为解决岩土工程稳定性问题最经济、有效的方法之一，被广泛应用于隧道围岩支护、路基加固以及边坡稳定加固等岩土工程中。但由于工程介质的复杂性以及锚固方式的多样性，使得理论研究明显滞后于工程应用。加之近几年来，随着西部大开发的进行，我国在西部大量的工程建设往

2、往就修建在层状岩体当中，在进行设计计算时都会涉及到怎样分析层状岩体的问题。因此为了使锚杆支护更好地应用于工程实践，建立一种符合工程实际的层状岩体锚固等效力学模型和实用计算方法，从而可咀定量地考虑锚固体对岩土体物理力学性质的影响，这对指导锚固工程的设计与施工具有重要的理论意义和应用价值。本文将层状岩体锚固复合支护系统看成一种由层状岩体(基体材料)、锚杆(增强材料)和砂浆(粘结材料)组成的加固复合材料，根据复合材料力学的理论和方法，首先采用惠特尼一瑞莱(Whitney--Riley)模型建立了锚杆一砂浆构成的复合纤维材料的细观力学等效模型，并采用这种复合

3、纤维加固层状岩体，构成层状岩体锚固复合支护系统。进一步根据体积相等的原则将纤维的圆截面简化为矩形截面进行计算，推导了锚固复合支护系统的的弹性等效细观力学模型。利用建立的力学模型，通过编制程序定量地分析了岩体强度、锚杆尺寸、锚杆间距和砂浆强度等参数的变化对锚固复合支护系统力学性能的影响。在建立的层状岩体锚固复合支护系统细观等效力学模型的基础上，运用大型有限元软件MSC．Marc，编制用户子程序，对层状岩体锚固复合支护系统进行了单轴和三轴数值模拟试验。通过对复合支护系统进行单轴压缩数值模拟试验，发现用数值计算的结果与用细观力学等效模型计算出的结果大致相同

4、。在此基础上，对不同的岩体等级、锚杆尺寸、锚杆间距、砂浆强度所构成的复合支护系统共计16组试样进行了三轴压缩试验的数值模拟研究，定量地研究了岩体类别、锚杆尺寸、锚杆间距、砂浆强度等参数的变化对锚固复合支护系统力学性能的影响。在前人所做的巷道锚固岩体模型试验的基础上，运用所建立的岩体锚固复合支护系统等效力学模型计算了锚固岩体模型试验中试件的弹性模量巨。，并对模型试验各试件进行了三轴压缩数值模拟试验，计算出了不同锚杆间距试件的c、舻值。理论与数值模拟分析结果与岩体锚固的模型试验的结果具有较好的吻合度，表明所建立的理论模型和数值分析方法是合理可靠的。关键词

5、：层状岩体；锚杆；复合支护系统；复合材料力学：数值模拟；模型试验武汉理工大学硕士学位论文AbstractRockboltswhichcanmakefulluseoftheself-strengthofrocksandsoilsaroundandenhancetheload-supportingofrocksandsoilsandsavetheengineeringmaterialsarewildlyusedinthesupportofadjacentrocksoftunnelsandreinforcementofroadbedandslopes，to

6、beoneofthemosteffectiveandeconomicsupportmethodingeotechnicalengineering．BecauseofthecolEIplexityofgeologi．calconditionandmultiplicityofanchoringmode，thetheoryusuallycannotguidetheengineeringpractice．NowadayslotsofprojectsinthewestofChinaarebuiltinlayeredrocks，andmoreproblemsof

7、howtoanalyzethiskindofrocksinthedesignpartwillbeencountered．Inordertoguidetheengineeringpracticebetterit’SofgreatimportanceandmeaningtobuildanequivalentmechanicsmodelandanalysismethodofanchoredlayeredrockswhichCallconsidertheeffectrockboltstorocksquantitatively．Inthispaper,thec

8、ompositesupportsystemofanchoringlayeredrocksisseenasak