【摘要】：地下廠房巖錨梁接觸面是巖錨梁整體結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié),建立合理的接觸面模擬方法是巖錨梁有限元數(shù)值分析的重要內(nèi)容。針對(duì)地下廠房巖錨梁與圍巖接觸問(wèn)題,分別構(gòu)建模擬巖錨梁與圍巖接觸面非線性特征的有限元數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型。在Desai薄層單元基礎(chǔ)上,推導(dǎo)巖錨梁接觸面單元有限元數(shù)學(xué)模型,該數(shù)學(xué)模型形式簡(jiǎn)單,便于有限元計(jì)算;結(jié)合非線性彈性理論和彈塑性理論,提出巖錨梁接觸面3維非線性力學(xué)模型,該力學(xué)模型能夠模擬巖錨梁接觸面彈性階段的非線性現(xiàn)象和塑性階段的損傷軟化現(xiàn)象。針對(duì)巖錨梁接觸面閉合、張開(kāi)、剪切滑動(dòng)等變形特征,提出考慮接觸面黏結(jié)、開(kāi)裂、滑移現(xiàn)象的分段式抗滑安全系數(shù)。詳細(xì)論述了所提模型的有限元實(shí)現(xiàn)方法,并據(jù)此編寫了有限元程序。將本文模型應(yīng)用于某地下廠房巖錨梁有限元分析計(jì)算中,與接觸面等效連續(xù)模型相比,所提模型計(jì)算得到的巖錨梁梁體應(yīng)力稍小,荷載更多的是由長(zhǎng)錨桿承擔(dān),梁體的整體變形量增加了2~3 mm,說(shuō)明接觸面的存在使得巖錨梁整體穩(wěn)定性降低,巖錨梁接觸面處的安全系數(shù)也稍小,局部出現(xiàn)拉裂損傷,與實(shí)際工程巖錨梁接觸面開(kāi)裂現(xiàn)象相吻合,說(shuō)明所提模型能夠合理反映巖錨梁接觸面非線性接觸特征。為地下廠房巖錨梁穩(wěn)定分析提供了一種有效的有限元分析方法。
[Abstract]:The contact surface of rock anchor beam in underground powerhouse is a weak link in the whole structure of rock anchor beam. It is an important content of finite element numerical analysis of rock anchor beam to establish a reasonable contact surface simulation method. Aiming at the problem of contact between rock anchor beam and surrounding rock in underground powerhouse, the finite element mathematical model and mechanical model are constructed to simulate the nonlinear characteristics of rock anchor beam and surrounding rock contact. On the basis of Desai thin layer element, the finite element mathematical model of contact surface element of rock anchor beam is derived. The mathematical model is simple and convenient for finite element calculation. Combined with nonlinear elastic theory and elastic-plastic theory, a three-dimensional nonlinear mechanical model of rock anchor beam interface is proposed. The model can simulate the nonlinear phenomena in the elastic stage and the damage softening phenomenon in the plastic stage of the rock anchor beam interface. In view of the deformation characteristics of rock anchor beam such as closing, opening and shearing sliding, a segmental safety factor of anti-slip is put forward considering the phenomena of joint bonding, cracking and sliding. The finite element method of the proposed model is discussed in detail, and the finite element program is compiled accordingly. The model is applied to the finite element analysis of rock anchor beam in an underground powerhouse. Compared with the equivalent continuous model of contact surface, the stress of rock anchor beam calculated by the proposed model is slightly smaller, and the load is more borne by long anchor rod. The total deformation of the beam is increased by 2 ~ 3 mm, which indicates that the existence of the contact surface reduces the overall stability of the rock anchor beam, and the safety factor at the contact surface of the rock anchor beam is also slightly smaller, and the local tensile damage occurs. It is consistent with the cracking phenomenon of rock anchor beam contact surface in actual engineering, which shows that the proposed model can reasonably reflect the nonlinear contact characteristics of rock anchor beam contact surface. An effective finite element analysis method is provided for the stability analysis of rock anchor beam in underground powerhouse.
【作者單位】： 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;武漢大學(xué)水工巖石力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015CB057904) 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91215301;51279136) 教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20130141110015)
【分類號(hào)】：TV223;TV731.6

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