【摘要】：目前,預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)成為巖土工程中最常見的技術(shù)手段。從上世紀(jì)30年代起,伴隨著幾十年國內(nèi)外大型巖土工程建設(shè)與相關(guān)技術(shù)發(fā)展,預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在高邊坡加固中得到了廣泛應(yīng)用,其在結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、后期監(jiān)測及加固機(jī)理研究等方面取得了若干重要成果。但由于巖體本身的復(fù)雜性和多樣性,其力學(xué)性質(zhì)是與其形成背景、地質(zhì)構(gòu)造作用歷史、賦存環(huán)境以及工程設(shè)計等各種條件密切相關(guān)的,導(dǎo)致目前的錨固機(jī)理及分析方法還不夠完善,對工程設(shè)計與評價方法指導(dǎo)性不足,成為制約該技術(shù)發(fā)展的一個重要瓶頸問題。 在總結(jié)前人所取得的研究成果基礎(chǔ)上,結(jié)合理論分析、物理模型試驗(yàn)及數(shù)值分析,開展加錨結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)性能與錨固節(jié)理巖體綜合力學(xué)模型建立方面的研究,一方面對于錨固技術(shù)發(fā)展、工程應(yīng)用等方面有重要的意義,另外也為目前國家基礎(chǔ)工程建設(shè)中的相關(guān)問題的解決提供重要的技術(shù)支持。 結(jié)合前人相關(guān)研究成果,本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的研究： (1)錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)特性分析。通過系統(tǒng)對以往巖體結(jié)構(gòu)面的剪切力學(xué)行為的總結(jié)與歸納,定量地分析了預(yù)應(yīng)力錨索在結(jié)構(gòu)面剪切變形作用下的軸力增量、抗剪力以及預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn),并提出了錨固結(jié)構(gòu)面的當(dāng)量抗剪強(qiáng)度計算公式,并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了錨固結(jié)構(gòu)面的等效抗剪強(qiáng)度參數(shù)計算公式�；诶碚摲治雠c模型試驗(yàn),分析了錨索屈服強(qiáng)度、錨索彈性模量、巖塊(砂漿)抗壓強(qiáng)度、剪脹角等因素對錨固結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度特性的影響； (2)錨固結(jié)構(gòu)面的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究。在錨固結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)特性的分析成果基礎(chǔ)上,對平直型結(jié)構(gòu)面與起伏狀結(jié)構(gòu)面錨固前后的剪切破壞行為進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)。通過模型試驗(yàn),總結(jié)了不同類型錨固結(jié)構(gòu)面在不同應(yīng)力條件下的剪切破壞模式；另外,通過模型試驗(yàn)對不同錨固作用下的結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度進(jìn)行了研究,驗(yàn)證了推導(dǎo)的錨固結(jié)構(gòu)面當(dāng)量抗剪強(qiáng)度計算公式的合理性；并結(jié)合模型試驗(yàn),對預(yù)應(yīng)力錨索的錨固角、錨索材料及結(jié)構(gòu)面特性對錨索效用發(fā)揮進(jìn)行了討論； (3)錨固結(jié)構(gòu)面剪切破壞過程的數(shù)值模擬。以室內(nèi)模型試驗(yàn)為基礎(chǔ),建立平直型結(jié)構(gòu)面與起伏狀結(jié)構(gòu)面的錨固力學(xué)模型,采用動力顯示分析方法進(jìn)行不同條件下的錨固結(jié)構(gòu)面的細(xì)觀力學(xué)行為進(jìn)行研究,主要包括剪切過程中結(jié)構(gòu)面應(yīng)力分布、等效塑形應(yīng)變分布、錨索受力及變形分析、結(jié)構(gòu)面法向位移、抗剪強(qiáng)度特性等方面。結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)成果,進(jìn)一步總結(jié)歸納了預(yù)應(yīng)力錨索對結(jié)構(gòu)面的錨固作用規(guī)律； (4)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨固機(jī)理分析,基于復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)中Eshelby理論,將錨固節(jié)理巖體看作是單向增強(qiáng)的復(fù)合材料,提出了錨固節(jié)理巖體的綜合力學(xué)模型,并推導(dǎo)了錨固節(jié)理巖體力學(xué)模型中各彈性常數(shù)的計算方法。并結(jié)合斷裂力學(xué)等理論,對錨固節(jié)理巖體在沿錨索軸向受拉作用下的穩(wěn)態(tài)開裂問題進(jìn)行了探討,提出了錨固節(jié)理巖體在軸向拉力作用下的開裂臨界應(yīng)力計算方法； (5)工程應(yīng)用與分析。綜合以上研究成果,以錦屏一級水電站左岸高邊坡施工過程中的塊體穩(wěn)定分析為工程實(shí)例,提出了錨固結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定分析時的等效抗剪強(qiáng)度分析方法,并通過工程實(shí)例應(yīng)用可知,該方法較計算中僅考慮預(yù)應(yīng)力作用時得到的安全系數(shù)要更加合理。
[Abstract]:Prestressed anchorage technology has become the most common technical means in geotechnical engineering. Since the 1930s, with the development of large-scale geotechnical engineering construction and related technology at home and abroad for decades, prestressed anchorage technology has been widely used in high slope reinforcement. It has been widely used in structural design, construction technology, post-monitoring and reinforcement machine. Some important achievements have been made in the study of rock mechanics. However, due to the complexity and diversity of rock mass itself, its mechanical properties are closely related to its formation background, history of geological tectonics, occurrence environment and engineering design, resulting in the imperfection of current anchorage mechanism and analysis methods, and the evaluation and design of engineering. Inadequate guidance has become an important bottleneck restricting the development of the technology.
On the basis of summing up the research results obtained by predecessors, combined with theoretical analysis, physical model test and numerical analysis, the research on shear mechanical properties of anchored structural plane and the establishment of comprehensive mechanical model of anchored jointed rock mass is carried out. On the one hand, it is of great significance to the development of anchorage technology and Engineering application, and on the other hand, it is also of great significance to China at present. It provides important technical support for solving the related problems in the construction of domestic infrastructure projects.
Combined with previous research results, this paper mainly carried out the following aspects:
(1) Analysis of shear mechanical properties of anchored structural planes. Based on systematic summary and induction of shear mechanical behavior of rock mass structural planes in the past, the axial force increment, shear resistance and contribution of prestress to shear strength of structural planes under shear deformation of structural planes are quantitatively analyzed, and the equivalent resistance of anchored structural planes is proposed. Based on theoretical analysis and model test, the influence of yield strength, elastic modulus of anchor cable, compressive strength of rock mass (mortar) and dilatancy angle on shear strength characteristics of anchored structural plane is analyzed.
(2) Laboratory model tests of anchored structural planes. Based on the analysis of shear mechanical properties of anchored structural planes, the shear failure behavior of flat and undulating structural planes before and after anchoring is studied by laboratory model tests. The shear behavior of different types of anchored structural planes under different stress conditions is summarized through model tests. In addition, the shear strength of structural plane under different anchorage is studied by model test, which verifies the rationality of the deduced formula for calculating the equivalent shear strength of anchorage structural plane. Theory;
(3) Numerical simulation of shear failure process of anchored structural plane. Based on laboratory model test, the anchorage mechanics model of flat and undulating structural plane is established. The micro-mechanical behavior of anchored structural plane under different conditions is studied by dynamic display analysis method, including stress distribution of structural plane in shear process. Based on the results of model tests in laboratory, the anchorage law of prestressed anchor cables to structural plane is summarized.
(4) Based on the Eshelby theory of composite micromechanics and the analysis of pre-stressed anchorage mechanism, a comprehensive mechanical model of anchored jointed rock mass is proposed, and the calculation method of elastic constants in the mechanical model of anchored jointed rock mass is deduced. The steady-state cracking problem of anchored jointed rock mass under axial tension along the anchor cable is discussed, and the calculation method of critical stress for cracking of anchored jointed rock mass under axial tension is proposed.
(5) Engineering application and analysis. Taking the block stability analysis during the construction of the left bank high slope of Jinping I Hydropower Station as an example, the equivalent shear strength analysis method for the stability analysis of the anchored structural plane is proposed. The application of the method to the engineering example shows that the method is more effective than that of the calculation only considering the prestressing force. The safety factor should be more reasonable.
【學(xué)位授予單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU45

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本文編號：2177061