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考虑峰后特性的隧道围岩锚杆支护力学机制
| 论文题名： | 考虑峰后特性的隧道围岩锚杆支护力学机制 |
| 关键词： | 隧道围岩;锚杆支护;峰后特征;力学机制 |
| 摘要： | 随着国民经济的不断发展，深部地下工程的开发利用已成为发展趋势，尤其是在隧道工程，采矿工程，水电国防等工程领域。深部岩体工程处于复杂的，高应力地质环境中，岩体节理普遍存在，在高地应力扰动下表现出与浅埋岩体不同的力学响应，岩体表现出峰后应变软化特性和扩容特性。峰后围岩给深部开采工程中的隧道围岩支护带来一系列棘手问题，因此，深入研究深部岩体峰后特征和变形破坏机理，对于深部工程围岩的开挖支护及安全稳定性具有重要的指导意义。 本文围绕处于峰后状态的隧道围岩在全长粘结锚杆支护下的力学机制进行研究。峰后状态围岩选用应变软化模型，分别通过理论计算、数值模拟，室内试验模型研究锚杆支护对围岩应力、位移及破坏区范围的影响。主要研究内容如下: 首先，基于锚杆粘结抗滑移变形支护抗力产生原理，导得锚杆轴向应力及抗剪强度方程。将全长粘结锚杆通过岩石-锚固面对围岩提供的支护力等效为围岩单元径向体积力，并考虑锚杆对围岩力学性能的改变，建立了考虑锚杆支护效应的微元体平衡方程;将该平衡方程分别与考虑峰后体积扩容及软化特征的残余带、软化带塑性相容方程联合，推出了隧道峰后围岩残余区、软化区在注浆锚杆支护下位移、应力及范围的计算公式。基于理论研究的实例分析，进一步揭示了注浆锚杆与围岩内部锚固效应，锚杆端部预紧力对峰后围岩软化、扩容性质的改善作用和对围岩各区范围发展及隧道周边变形的控制作用。 其次，通过数值模拟研究了锚杆支护对峰后围岩的支护效应。基于Mohr-Coulomb峰后应变软化的遍布节理模型，建立了临界塑性剪切应变η*与支护阻力的耦合关系;根据锚杆加固机理，将锚固作用后围岩的力学参数嵌入到应变软化模型中;将临界塑性软化系数η*影响下的应变软化模型嵌入有限差分FLAC3D中，并通过对锚杆支护下的围岩震荡应力场等分析，研究不同锚杆支护长度对深部洞室围岩分层破裂范围及应力、变形的影响。数值研究分析表明:考虑锚杆支护，围岩分层破裂化现象明显减弱;支护条件下的围岩应力场、位移及破裂区范围与未支护时差异明显。 最后，根据相似理论，进行材料配比试验，构建考虑锚杆支护的室内相似模型，监测洞室开挖后拱顶、拱腰围岩应力、应变和位移变化规律，将考虑锚杆支护的隧道模型与毛洞进行对比，进一步验证锚杆的支护效应。 |
| 作者： | 肖旺 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 苏永华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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