【摘要】：隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)項目在西部地區(qū)的大力開展,巖石高陡邊坡、高壩復(fù)雜地基等問題通常成為工程建設(shè)中的重要組成部分,其處理的優(yōu)良程度直接關(guān)系到工程質(zhì)量、工期、效益,甚至關(guān)乎于工程安全、事故隱患等問題。預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿等巖體加固措施被大量采用,從應(yīng)用情況看,關(guān)于巖體錨固理論、分析設(shè)計方法是滯后于工程實踐。因此,圍繞巖體錨固技術(shù)開展分析方法的研究,對錨固措施的優(yōu)化、設(shè)計指導(dǎo)具有十分重要的理論意義、現(xiàn)實意義。 復(fù)合單元方法是武漢大學(xué)陳勝宏教授近年來提出的一種新的數(shù)值分析方法,在加錨節(jié)理巖體、滲流排水管、大體積混凝土溫控冷卻水管等方面的研究取得了可喜的成果,但距離在大規(guī)模、復(fù)雜工程中應(yīng)用尚有很多工作需要進一步完善。因此,論文將以巖體錨固措施為對象,開展復(fù)合單元法研究,以期為分析巖體錨固措施探索一條可靠、高效、科學(xué)的途徑。本文的主要研究工作及成果如下： (1)預(yù)應(yīng)力錨索由內(nèi)錨段、自由段、錨頭三部分組成,作為數(shù)值分析方法,對內(nèi)錨段全過程力學(xué)行為的合理模擬既是重點也是難點。將預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨段包含于單元內(nèi)部作為復(fù)合單元,自由段和外錨頭則借鑒隱式錨索單元的思想按有限單元考慮,引入適當(dāng)?shù)募俣l件,通過各個子單元間坐標系轉(zhuǎn)換,基于彈粘塑性勢理論,推導(dǎo)各個子單元的本構(gòu)方程,應(yīng)用虛功原理,建立內(nèi)錨段復(fù)合單元、自由段、外錨頭有限單元的耦合求解算法,算例結(jié)果表明該算法結(jié)果與傳統(tǒng)分析方法吻合度很好。 (2)在對比分析研究普通砂漿錨桿、空心錨桿和中空注漿錨桿的特點、加固機理的基礎(chǔ)上,以中空注漿錨桿為主體,基于變形協(xié)調(diào)原理推導(dǎo)其復(fù)合單元的應(yīng)變—位移關(guān)系式、應(yīng)用虛功原理推導(dǎo)節(jié)點位移—節(jié)點荷載的平衡方程,最后建立了錨桿的復(fù)合單元廣義算法,對該廣義算法進行相應(yīng)的退化即可分析其它2種類型錨桿,算例結(jié)果表明該算法結(jié)果與傳統(tǒng)分析方法吻合度很好。 (3)在研究預(yù)應(yīng)力錨索錨固傳力影響因素、機理、剪應(yīng)力分布規(guī)律,以及鋼絞線、砂漿和接觸面等的力學(xué)行為以及材料損傷的過程等關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上,基于損傷力學(xué)原理、彈粘塑性勢理論,將等效黏塑性累積偏應(yīng)變引入各子單元力學(xué)參數(shù),選取合適的損傷變量；將預(yù)應(yīng)力錨固體的損傷演變方程和損傷的本構(gòu)關(guān)系與復(fù)合單元法整合,建立了預(yù)應(yīng)力錨固損傷的復(fù)合單元算法；算例結(jié)果表明該算法結(jié)果能很好地反映錨固段荷載傳遞及應(yīng)力分布規(guī)律,并且與已有研究成果一致。 (4)根據(jù)動力學(xué)分析原理及復(fù)合單元分析方法,推導(dǎo)了加錨節(jié)理巖體復(fù)合單元法質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣,建立了加錨節(jié)理巖體復(fù)合單元法動力學(xué)分析的控制方程及求解格式；探討了復(fù)合單元法動力分析的關(guān)鍵技術(shù)問題,即粘彈性人工邊界、地震波的擬合、地震動加速度的積分方法和地震動位移基線漂移處理方法等；最后通過相應(yīng)的簡單算例進行了初步考證與分析。 (5)基于本論文第2章-第5章的研究成果,研制了有限元-復(fù)合元耦合計算程序,并成功應(yīng)用于卡拉水電站巖石高邊坡的穩(wěn)定性分析和錨固效果評估,研究成果已被設(shè)計部門參考。
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【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：2412534