本文關鍵詞：考慮峰后特性的隧道圍巖錨桿支護力學機制

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【摘要】：隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,深部地下工程的開發(fā)利用已成為發(fā)展趨勢,尤其是在隧道工程,采礦工程,水電國防等工程領域。深部巖體工程處于復雜的,高應力地質(zhì)環(huán)境中,巖體節(jié)理普遍存在,在高地應力擾動下表現(xiàn)出與淺埋巖體不同的力學響應,巖體表現(xiàn)出峰后應變軟化特性和擴容特性。峰后圍巖給深部開采工程中的隧道圍巖支護帶來一系列棘手問題,因此,深入研究深部巖體峰后特征和變形破壞機理,對于深部工程圍巖的開挖支護及安全穩(wěn)定性具有重要的指導意義。本文圍繞處于峰后狀態(tài)的隧道圍巖在全長粘結(jié)錨桿支護下的力學機制進行研究。峰后狀態(tài)圍巖選用應變軟化模型,分別通過理論計算、數(shù)值模擬,室內(nèi)試驗模型研究錨桿支護對圍巖應力、位移及破壞區(qū)范圍的影響。主要研究內(nèi)容如下:首先,基于錨桿粘結(jié)抗滑移變形支護抗力產(chǎn)生原理,導得錨桿軸向應力及抗剪強度方程。將全長粘結(jié)錨桿通過巖石 錨固面對圍巖提供的支護力等效為圍巖單元徑向體積力,并考慮錨桿對圍巖力學性能的改變,建立了考慮錨桿支護效應的微元體平衡方程;將該平衡方程分別與考慮峰后體積擴容及軟化特征的殘余帶、軟化帶塑性相容方程聯(lián)合,推出了隧道峰后圍巖殘余區(qū)、軟化區(qū)在注漿錨桿支護下位移、應力及范圍的計算公式。基于理論研究的實例分析,進一步揭示了注漿錨桿與圍巖內(nèi)部錨固效應,錨桿端部預緊力對峰后圍巖軟化、擴容性質(zhì)的改善作用和對圍巖各區(qū)范圍發(fā)展及隧道周邊變形的控制作用。其次,通過數(shù)值模擬研究了錨桿支護對峰后圍巖的支護效應。基于Mohr-Coulomb峰后應變軟化的遍布節(jié)理模型,建立了臨界塑性剪切應變η*與支護阻力的耦合關系;根據(jù)錨桿加固機理,將錨固作用后圍巖的力學參數(shù)嵌入到應變軟化模型中;將臨界塑性軟化系數(shù)η*影響下的應變軟化模型嵌入有限差分FLAC3D中,并通過對錨桿支護下的圍巖震蕩應力場等分析,研究不同錨桿支護長度對深部洞室圍巖分層破裂范圍及應力、變形的影響。數(shù)值研究分析表明:考慮錨桿支護,圍巖分層破裂化現(xiàn)象明顯減弱;支護條件下的圍巖應力場、位移及破裂區(qū)范圍與未支護時差異明顯。最后,根據(jù)相似理論,進行材料配比試驗,構(gòu)建考慮錨桿支護的室內(nèi)相似模型,監(jiān)測洞室開挖后拱頂、拱腰圍巖應力、應變和位移變化規(guī)律,將考慮錨桿支護的隧道模型與毛洞進行對比,進一步驗證錨桿的支護效應。
【關鍵詞】：隧道工程 應變軟化 軟巖擴容 錨桿支護 塑性剪切應變
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U455.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 地下洞室圍巖應變軟化與塑性擴容研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 理論解析方面14-15
• 1.2.2 數(shù)值模擬方面15
• 1.2.3 試驗研究方面15-16
• 1.3 錨桿支護理論及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文研究內(nèi)容及方法17-19
• 第2章 深部圍巖應變軟化模型及錨桿支護理論19-35
• 2.1 圍巖應力和位移的彈塑性分析19-25
• 2.1.1 Mohr-Coulomb強度準則19-20
• 2.1.2 圍巖的塑性判據(jù)20-21
• 2.1.3 圍巖應力的彈塑性分析21-24
• 2.1.4 圍巖位移的彈塑性分析24-25
• 2.2 基于連續(xù)介質(zhì)理論的巖體應變軟化模型25-28
• 2.2.1 巖體峰后應變軟化行為25-27
• 2.2.2 Mohr-Coulomb應變軟化模型27-28
• 2.3 深部節(jié)理圍巖擴容特性28-30
• 2.4 錨桿支護理論30-31
• 2.5 軟巖隧道圍巖分區(qū)及支護荷載的確定31-33
• 2.6 三維有限差分軟件介紹33-35
• 第3章 基于峰后特征的隧道圍巖錨桿支護力學研究35-51
• 3.1 概述35
• 3.2 基本假設和力學模型35-42
• 3.2.1 基本力學模型35-36
• 3.2.2 圍巖彈塑性軟化與殘余模型36-38
• 3.2.3 圍巖彈塑性擴容模型38-39
• 3.2.4 錨桿力學分析39-42
• 3.3 隧洞圍巖彈塑性分析42-46
• 3.3.1 洞室圍巖應力、位移的分析42-45
• 3.3.2 塑性軟化區(qū)和殘余區(qū)范圍45-46
• 3.4 計算與討論46-50
• 3.4.1 軟化特性對圍巖塑性區(qū)應力與范圍影響47-48
• 3.4.2 支護特性對圍巖塑性區(qū)應力與范圍影響48-49
• 3.4.3 擴容特性與支護阻力對圍巖塑性區(qū)位移影響49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 考慮錨桿支護的深部圍巖分層破裂數(shù)值模擬51-67
• 4.1 概述51-53
• 4.2 基本理論與計算模型53-57
• 4.2.1 Mohr-Coulomb峰后應變軟化模型53-54
• 4.2.2 變化圍壓下臨界塑性軟化系數(shù)54-57
• 4.2.3 錨桿支護作用機理57
• 4.3 數(shù)值模擬及計算方案57-58
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果及機制分析58-66
• 4.4.1 圍巖應變軟化分層破裂現(xiàn)象58-59
• 4.4.2 洞室圍巖在不同長度錨桿支護下應力場特征59-62
• 4.4.3 洞室圍巖在不同長度錨桿支護下破裂區(qū)范圍特征62-63
• 4.4.4 洞室圍巖在不同長度錨桿支護下位移場特征63-65
• 4.4.5 應變軟化條件下錨桿結(jié)構(gòu)受力特征65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 深埋隧道錨桿支護模型試驗研究67-80
• 5.1 概述67
• 5.2 模型試驗的研究目的與研究內(nèi)容67-69
• 5.2.1 模型試驗研究目的67
• 5.2.2 模型試驗研究內(nèi)容67-68
• 5.2.3 模型試驗尺寸及材料配比68-69
• 5.3 深埋洞室室內(nèi)模型試驗設計69-77
• 5.3.1 模型相似材料的選擇及力學參數(shù)測試69-72
• 5.3.2 隧道模型的制作過程72-77
• 5.4 試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)對比分析77-78
• 5.4.1 不同工況下圍巖變形量對比77-78
• 5.4.2 毛洞與錨桿支護模型試驗結(jié)果應力對比78
• 5.5 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)語80-83
• 參考文獻83-88
• 致謝88-89
• 附錄A (攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文及科研情況)89

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1 張召千;錨桿支護動態(tài)設計方法——信息法[J];太原理工大學學報;2003年01期

2 張茂岐;淺談高強度錨桿支護[J];山西建筑;2005年10期

3 武均;;錨桿支護的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];山西建筑;2009年12期

4 王志杰;陳梅芳;;錨桿支護原理的另類解釋[J];隧道建設;2011年S1期

5 蔣劍蓬;;隧道錨桿支護機理及關鍵問題探討[J];中國新技術新產(chǎn)品;2012年09期

6 黃薇;;錨桿支護在重慶市某公園邊坡治理工程中的應用[J];山西建筑;2013年12期

7 ;永久性錨桿支護的試驗設計和施工[J];鐵路標準設計通訊;1966年04期

8 李錫潤,林韻梅,鄭雨天;錨桿支護機理的探討[J];東北工學院學報;1981年04期

9 朱浮聲,李錫潤,王泳嘉;錨桿支護的數(shù)值模擬方法[J];東北工學院學報;1989年01期

10 劉波;;淺議地勘坑道錨桿支護的應用[J];云南地質(zhì);1992年01期

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1 蔣樹屏;;隧道圍巖中系統(tǒng)錨桿支護效果的研究[A];巖石力學在工程中的應用——第二次全國巖石力學與工程學術會議論文集[C];1989年

2 胡林;;綜掘錨桿支護裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[A];煤礦安全、高效、潔凈開采——機電一體化新技術學術會議論文集[C];2009年

3 桂祥友;馬云東;郁鐘銘;;錨桿支護可靠性動態(tài)設計計算機系統(tǒng)與應用研究[A];貴州省巖石力學與工程學會2010年學術年會論文集[C];2010年

4 司林坡;;對錨桿支護中一些問題的探討[A];采礦工程學新論——北京開采所研究生論文集[C];2005年

5 王聯(lián)合;侯俊鋒;;黃陵一號煤礦錨桿支護施工監(jiān)測方案設計[A];西部礦山建設工程理論與實踐[C];2009年

6 張玉君;段升金;張振海;;錨桿支護失效原因分析及防范措施[A];第六屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術創(chuàng)新文集[C];2011年

7 王萬冬;;大力推廣錨桿支護 促進煤礦安全生產(chǎn)[A];2003年中國科學技術協(xié)會學術年會、“安全健康：全面建設小康社會”專題交流會、全國第三次安全科學技術學術交流大會論文集[C];2003年

8 顧金才;沈俊;;錨桿支護洞室受力反應與破壞形態(tài)比例模型試驗研究[A];水電與礦業(yè)工程中的巖石力學問題——中國北方巖石力學與工程應用學術會議文集[C];1991年

9 林健;康紅普;;煤礦錨桿支護構(gòu)件精細化研究方向和趨勢[A];中國軟巖工程與深部災害控制研究進展——第四屆深部巖體力學與工程災害控制學術研討會暨中國礦業(yè)大學（北京）百年校慶學術會議論文集[C];2009年

10 劉永祿;高明濤;;千米深井煤巷桁架與錨桿支護效果的數(shù)值模擬研究[A];2010全國采礦科學技術高峰論壇論文集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張永亮;淮北礦業(yè)集團海孜礦錨桿支護節(jié)支二千余萬[N];中國礦業(yè)報;2003年

2 崔大漢邋薛建宏;煤科院專家解讀“錨桿支護”[N];經(jīng)理日報;2007年

3 張瑛;秦斌青：生命的升華[N];山西科技報;2000年

4 李宛玲 郭雪飛;王莊礦一項技術節(jié)支2.45億元[N];山西經(jīng)濟日報;2004年

5 梁勇;祁東礦錨桿支護達100% 徹底取消架棚支護[N];經(jīng)理日報;2007年

6 梁勇;祁東礦：推廣錨桿支護 取替架棚支護[N];經(jīng)理日報;2007年

7 劉循;采礦工程學科領域獲新突破[N];科技日報;2005年

8 劉俊恒 本報記者 張富江;太行脊梁[N];中國煤炭報;2006年

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1 黃靖龍;新型機械式可回收端錨桿支護機理及應用研究[D];中國礦業(yè)大學;2009年

2 周紀軍;爆炸動載對近區(qū)錨桿支護結(jié)構(gòu)影響的試驗研究[D];中國礦業(yè)大學（北京）;2011年

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1 李國平;下溝礦二次動壓巷道高預應力支護技術研究[D];西安科技大學;2015年

2 肖旺;考慮峰后特性的隧道圍巖錨桿支護力學機制[D];湖南大學;2016年

3 劉東才;鐵法局錨桿支護力學研究與實踐[D];遼寧工程技術大學;2001年

4 陸雪峰;錨桿支護作業(yè)平臺的設計與仿真研究[D];山東科技大學;2011年

5 張福祥;回采巷道錨桿支護監(jiān)測技術研究[D];遼寧工程技術大學;2002年

6 陳東印;地下工程預應力錨桿支護數(shù)值模擬分析[D];山東科技大學;2005年

7 婁培杰;煤巷圍巖穩(wěn)定性分類及錨桿支護輔助設計系統(tǒng)研究[D];山東科技大學;2008年

8 孫倩;礦用錨桿支護靜態(tài)電阻應變儀的研究[D];遼寧工程技術大學;2011年

9 鄒常富;大冶鐵礦玻璃鋼錨桿支護的應用研究[D];武漢科技大學;2012年

10 李紅英;超載順序和軟土夾層對錨桿支護結(jié)構(gòu)性能的影響[D];湘潭大學;2009年

，

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