北京治皮肤病好医院 http://news.39.net/bjzkhbzy/180906/6508755.htmlAlocalhomogenizationapproachforsimulatingthereinforcementeffectoffullygroutedboltindeepundergroundopenings
模拟深部地下洞室全长粘接锚杆加固效应的局部均一化方法
摘要
全长粘接锚杆是地下洞室围岩支护体系的关键部件之一。尽管研究者们在深部地下洞室全长粘接锚杆加固效应的连续介质数值模拟方面做了大量工作，但由于多采用结构单元法，锚固效应模拟效果不佳，与真实情况相去甚远。为有效模拟全长注浆锚杆对深部围岩的加固效应，提出了弹塑性力学、复合材料力学、解析方法与数值分析相结合的局部均一化方法。在该局部均一化法中，基于锚杆单元法所采用的原始网格模型，建立了全长粘接锚杆加固岩体的特征体单元。该特征体单元为单元体中心包含一根锚杆的直四棱柱，其横截面尺寸等于锚杆间距，长度等于锚杆长度。通过局部均一化方法将该特征体单元从单向锚杆增强复合材料均一化为横观各向同性介质，其力学特性由一个新的横观各向同性弹塑性模型予以描述。特征体单元的局部均一化法参数则采用解析方法、复合材料力学，由已知的岩体和锚杆参数求得。利用该局部均一化法，对已有文献中加锚岩体的物理模型试验和锦屏二级2#引水隧洞的全长粘接锚杆加固效应进行模拟。研究结果显示，相比结构单元法，局部均一化法的模拟结果与加锚岩样的物理模型试验结果更加吻合，并能给出更反映深部地下洞室加锚围岩力学响应的预测结果；常用直径和间距的全长粘接锚杆可在锚杆轴线方向上大幅提高围岩的弹性模量、抗剪强度和抗拉强度。
本文亮点
从解析法和数值分析角度回答了当前连续介质模拟软件中的结构单元法在深部地下洞室全长注浆锚杆加固效应模拟方面效果不佳的根本原因：
（1）深部洞室围岩与锚杆的弹性模量不存在数量级上的显著差异，导致在外力作用下两者之间的相对位移较小，这使得两者之间的相互作用力相对于深部洞室高初始应力几乎可以忽略不计，即锚杆对深部围岩的内压效应不明显。
（2）全长粘接锚杆对深部围岩的加固效应主要体现在对加锚围岩强度提高和增韧止裂效应上。然而，当前结构单元法在模拟深部地下洞室全长粘接锚杆的加固效应时，不考虑其对围岩更为重要的强度提高和增韧止裂效应，而试图优先反映几可忽略不计的内压效应，从而导致了不符合实际情况的全长粘接锚杆加固效应模拟结果。为此，本研究提出了模拟深部地下洞室全长粘接锚杆加固效应的局部均一化方法。
取得的主要成果如下
提出基于锚杆单元法原始网格模型建立全长粘接锚杆加固岩体特征体单元的方法；将加锚岩体特征体单元概化为单向锚杆增强复合材料并均一化为横观各向同性介质，给出了基于锚杆端部坐标求解其各向同性面产状参数（倾向和倾角）的理论公式。
基于Tien–Kuo强度准则和最大拉应力准则，建立了反映全长粘接锚杆方位、间距和直径对被加固岩体强度和变形特性影响的加锚岩体特征体单元横观各向同性弹塑性力学模型。
基于解析方法和复合材料力学，提出了仅依据被加固岩体和锚杆参数求解加锚岩体横观各向同性弹塑性力学模型参数的理论公式和基本流程。
加锚岩体的物理模型试验和锦屏二级2#引水隧洞加锚围岩开挖力学响应的局部均一化法模拟结果表明，该方法可有效反映深部地下洞室围岩的全长粘接锚杆加固效应。
部分图表
（a）加锚岩体的特征体单元
(b)各向同性面方位的确定
加锚岩体的复合材料概化模型
纵向布锚岩体在单轴压缩下的破坏示意图
模型试验和局部均一化法给出的单轴压缩加锚岩样应力-应变曲线
不同锚杆支护时机下的锦屏二级2#引水隧洞典型剖面屈服区边界
(a)局部均一化法
(b)无锚固
不同锚杆支护时机下的锦屏二级2#引水隧洞典型剖面最大剪应力分布
作者简介
徐鼎平研究员
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室研究员，主要从事深部岩体工程风险量化与数字孪生和岩体细观力学性质及其表征方法研究。主持国家自然科学基金2项，获省部级奖项1项（第3）。在Geosci.Front.，J.RockMech.Geotech.Eng.，Tunn.Undergr.Sp.Technol.，Int.J.RockMech.Min.Sci.，Comput.Geotech.，RockMech.RockEng.，Eng.Geol.，Geotech.Test.J，B.Eng.Geol.Environ.，《岩石力学与工程学报》和《岩土力学》等学术期刊发表SCI/EI论文60余篇；一作和通讯论文分别入选J.RockMech.Geotech.Eng.封面论文和《岩土力学》领跑者F顶尖学术论文。负责起草中国岩石力学学会团体标准2项；研发具有自主知识产权的地下洞室围岩稳定性云评估系统和岩体高气压卸荷裂解装置1套。在岩石力学与工程的确定性和概率反分析方面具有丰富经验。近十年来，立足于服务国民经济主战场，着力于解决重大工程实际问题，先后主持和参与白鹤滩、乌东德、双江口、硬梁包、叶巴滩、两河口、响水涧等大型水电站地下洞室群和川藏铁路昌林线隧道围岩稳定性动态反馈分析工作。
长按识别
