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原文传递溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能劣化规律研究

论文题名：	溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能劣化规律研究
关键词：	隧道支护;灰岩-锚杆;锚固性能;劣化规律;溶蚀作用
摘要：	隧道工程主要采用新奥法设计与施工，该方法采用锚杆作为支护结构控制围岩的变形与松弛，但是溶蚀作用的不利影响下灰岩-锚杆的锚固性能将会劣化。本文对有无溶蚀作用下灰岩单轴压缩力学试验结果与可溶岩力学破坏机制进行了系统分析，建立了溶蚀作用下灰岩应变软化模型（DLSS模型）以更好地描述溶蚀作用下灰岩应力应变状态；其次就溶蚀作用对灰岩-锚杆拉拔试验的影响与灰岩-锚杆锚固机理展开系统分析，初步构建溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能计算分析方法；最后对溶蚀作用下灰岩-锚杆各材料层面平均粘结应力劣化规律、溶蚀作用对灰岩-锚杆锚固失效模式的影响及溶蚀作用下灰岩岩块损伤破坏分布特征等进行初步分析，以探究溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能劣化规律，论文主要研究内容与结论如下：　　（1）建立了溶蚀作用下灰岩应变软化模型（DLSS模型）。对有无溶蚀作用下灰岩单轴压缩力学试验结果与可溶岩力学破坏机制进行了系统分析，获得了溶蚀作用下灰岩力学模型参数E、c和φ的劣化规律，继而建立了溶蚀作用下灰岩应变软化模型（DLSS模型），通过对溶蚀作用下灰岩单轴压缩力学试验的数值模拟可知，采用DLSS模型进行的数值模拟和试验数据具有很好的一致性，即DLSS模型能较好地反映溶蚀作用下灰岩应力应变状态。　　（2）初步构建了溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能计算分析方法。分析了溶蚀作用对灰岩-锚杆拉拔试验结果的影响与岩石-锚杆的锚固机理，初步构建了溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能计算分析方法，该方法将灰岩-锚杆各层面平均粘结强度作为灰岩-锚杆锚固性能评价的量化指标，对于溶蚀作用下灰岩-锚杆拉拔试验中的不同试样，分别采用经验公式与本文理论公式得到的砂浆-锚杆层面平均粘结强度大部分相对误差在10%以内，本文给出的灰岩-锚杆层面平均粘结强度计算方法精确度较高，能较好地反映溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能。　　（3）初步分析了溶蚀作用下灰岩-锚杆锚固性能劣化规律。通过理论公式计算了不同溶蚀条件下灰岩-锚杆各层面平均粘结应力，初步分析了其溶蚀作用下的劣化规律，并通过数值模拟对不同溶蚀条件下灰岩-锚杆拉拔试验进行了数值模拟，初步分析了溶蚀作用对灰岩-锚杆锚固失效模式的影响及溶蚀作用下灰岩岩块损伤破坏分布特征。　　（4）在溶蚀作用下灰岩-锚杆各层面平均粘结应力劣化规律方面，持续溶蚀作用下灰岩力学参数劣化导致其自身强度降低，对砂浆-锚杆变形的约束能力也随之改变，灰岩-锚杆各层面平均粘结应力不断劣化降低，灰岩-锚杆试样随着灰岩岩块由细微裂隙发展为贯通裂隙其灰岩-砂浆层面平均粘结应力从3.2~3.4MPa劣化为0.6~1.1MPa，砂浆-锚杆层面平均粘结应力从7.0~8.0MPa劣化为1.3~2.5MPa。　　（5）随着等效溶蚀时长增加灰岩-锚杆各层面平均粘结应力不断降低，溶蚀前灰岩岩块仅有细微裂隙的灰岩-锚杆试样在等效溶蚀2a后其灰岩-砂浆层面平均粘结应力从3.31MPa劣化为2.94MPa，砂浆-锚杆层面平均粘结应力从7.92MPa劣化为7.03MPa；裂隙较发育的灰岩-锚杆在等效溶蚀2a后其灰岩-砂浆层面平均粘结应力从2.72MPa劣化为1.85MPa，砂浆-锚杆层面平均粘结应力从6.52MPa劣化为4.66MPa；裂隙贯通的灰岩-锚杆试样在等效溶蚀2a后其灰岩-砂浆层面平均粘结应力从1.02MPa劣化为0.56MPa，砂浆-锚杆层面平均粘结应力从2.45MPa劣化为1.32MPa。　　（6）在溶蚀作用对灰岩-锚杆破坏模式与破坏分布特征的影响方面，灰岩岩块的破坏主要围绕灌浆孔洞发生，沿灰岩纵深方向其破坏范围呈现先增大后减小的特征，此外其破坏范围由岩块中间向两侧逐渐减小，且加载端破坏范围较大；溶蚀程度较小的灰岩自身强度较高，可以延缓灰岩岩块裂缝的发展，反之溶蚀作用下灰岩自身强度急剧劣化，灰岩-锚杆的锚固性能亦随之劣化。
作者：	朱泽民
专业：	土木工程
导师：	汤艳春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2022