【摘要】：斷續(xù)節(jié)理巖體的破裂演化及錨固控制是巖體力學(xué)與工程界研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題之一,盡管現(xiàn)有的研究成果取得了許多進(jìn)展,但仍存在大量難題未得到合理解決。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51074162,51179189),采用物理模型、數(shù)值計(jì)算、理論分析與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等研究方法,深入系統(tǒng)地對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體破裂演化特征及錨固控制機(jī)理這一科學(xué)問題進(jìn)行了研究。主要研究成果與結(jié)論如下： (1)研制了大尺度(500mm×500mm×480mm)的三維巖體錨固模擬試驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有完備的加載、約束及量測(cè)功能,能夠真實(shí)再現(xiàn)巖體試件的加載、變形及破壞的全過程,同時(shí)通過自行研制的高精度微型錨桿端部測(cè)力計(jì)及光纖光棚測(cè)力錨桿,可以實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)過程中對(duì)錨桿受力全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì)了多組節(jié)理的制作方法,并成功的制作了模具；研制了較為理想的模擬斷續(xù)節(jié)理巖體的相似材料,具有組分簡(jiǎn)單、力學(xué)性能穩(wěn)定、參數(shù)可調(diào)、無毒無污染、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 (2)通過對(duì)斷續(xù)節(jié)理巖體的單軸壓縮試驗(yàn),獲得了無錨斷續(xù)節(jié)理巖體的破裂演化規(guī)律：峰值強(qiáng)度、極限應(yīng)變和峰后0.7σc時(shí)的試件中部核心承載區(qū)寬度,均隨節(jié)理傾角的增大先減小后增加；次生裂隙的起裂位置主要是試件的四周,且以張開型和拉剪型裂隙為主起裂應(yīng)力隨節(jié)理傾角呈線性增加關(guān)系；節(jié)理傾角為60°時(shí)的巖體單位體積破壞所消耗的能量最小,小于60°時(shí),角度越小消耗的能量越大,反之則相反；節(jié)理傾角小于45°時(shí),巖橋主要以張拉破壞和拉剪破壞為主,隨著傾角的增大,巖橋發(fā)生剪切破壞的比例增加；低角度(0°≤α＜45°)節(jié)理巖體主要以拉伸或拉剪破壞為主,高角度(α≥45°)沿預(yù)制節(jié)理面剪切破壞。 (3)采用研制的試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)不同傾角的斷續(xù)節(jié)理巖體進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)了錨固體的強(qiáng)度主要由巖體的強(qiáng)度、錨桿預(yù)緊力引起的初始等效約束應(yīng)力(σ3i)以及錨桿變形過程中產(chǎn)生的等效約束應(yīng)力(σ3b)所貢獻(xiàn)的強(qiáng)度組成；建立了巖體峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與裂隙傾角、錨桿密度之間的函數(shù)關(guān)系式,并成功用于巷道工程設(shè)計(jì),取得了良好的效果。σρ=4.543+1.412ρ-2.146ρ2+1.564ρ3-0.02146α-8.006×10-4α2+1.307×10-5α3σR=3.624+2.039ρ-2.263ρ2+1.499ρ3-0.005564α-1.41×10-4α2+2.267×10-6α3 (4)研究了錨固體的彈性模量、泊松效應(yīng)及體積應(yīng)變與加錨密度、預(yù)制節(jié)理傾角之間的關(guān)系：即彈性模量隨加錨密度總體呈非線性增長(zhǎng)；同一傾角情況下應(yīng)力峰值時(shí)的廣義泊松比與水平方向應(yīng)變隨錨桿密度增大而增大；巖體的強(qiáng)度峰值點(diǎn)與體積膨脹起始點(diǎn)并不完全一致,多數(shù)情況下巖體強(qiáng)度峰值滯后于體積應(yīng)變峰值；錨桿可明顯抑制剪切破壞的發(fā)生,但對(duì)拉伸破壞的抑制作用偏弱。 (5)分析了錨桿的受力演化及分布特征,揭示了全長(zhǎng)錨固錨桿的群錨機(jī)理：低密度錨桿主要由桿體的中外段承載,自身受力和對(duì)圍巖的約束力都存在明顯的分布不均現(xiàn)象錨固體容易出現(xiàn)薄弱的關(guān)鍵部位,而高密度錨桿能充分調(diào)動(dòng)桿體內(nèi)錨段的承載性能,改善每根錨桿和圍巖的受力狀態(tài)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2404913