基于内聚力模型的锚杆数值模拟及有效锚固长度分析

发布时间：2017-11-18 06:16

  本文关键词：基于内聚力模型的锚杆数值模拟及有效锚固长度分析

  更多相关文章： 锚杆 内聚力模型 界面单元 粘结-滑移本构关系 有效锚固长度

【摘要】：锚杆与灌浆体之间的界面粘结是保证它们能够共同工作的基础。因为锚杆本身的抗拉强度很高,所以在用锚杆加固岩土体中,造成试件破坏的原因一般不是锚杆材料本身,而是因为锚杆与灌浆体界面强度不够而导致粘结破坏,而后者是我们不希望发生的。因此锚杆和灌浆体的界面粘结问题就需要深入讨论了。本文通过以锚杆拔出试验研究为基础对锚杆与灌浆体界面的粘结滑移行为进行了理论分析,建立了基于实验数据的锚杆与灌浆体界面的双线性粘结—滑移本构模型,基于此模型将锚杆拔出破坏的过程分成4个阶段来描述,并在此基础上对各个阶段进行理论分析,得出了各个阶段的关于界面剪应力分布、滑移量、锚杆正应力和抗拔承载力的计算公式。本文主要研究工作及成果如下：(1)岩石锚杆的加固效果明显且应用非常广泛,因此对锚杆在岩体中的传力机理、受力状态进行研究就很有意义了。本文从三个角度分别阐述了锚杆锚固的一些研究现状,分别是实验研究,理论推导和数值模拟这三个方面的一些现有的研究成果,并提出本文的主要研究内容和技术路线。(2)介绍了本次数值模拟所用到的材料本构关系,并提出了几种在学术上和工程上用的比较多的粘结滑移本构关系,最后用实验数据测得的锚杆上的应变数据来推导界面的局部粘结剪应力和局部粘结滑移量,获得模拟模型所需要的粘结-滑移曲线,并由实验数据得到了沿不同位置变化的锚杆—灌浆体界面剪应力变化规律,为数值模拟提供对比。(3)对实验数据得到的粘结-滑移本构曲线进行分析,得出了锚杆—灌浆体双线性界面粘结-滑移模型,将相应参数输入ABAQUS自带的牵引—分离准则中,当然,笔者也通过采用位移扩展准则直接输入实验本构数据得到数值模拟结果作为补充验证,同时简单介绍了内聚力模型在数值模拟中的运用,在此理论基础上,结合ABAQUS有限元软件,建立了模拟锚杆和灌浆体之间粘结关系的零厚度粘结层。(4)通过已建好的数值模型对锚杆与灌浆体界面粘结破坏过程进行分析,将锚杆与灌浆体界面粘结破坏分为弹性阶段、弹性-塑性阶段、弹性-塑性-剥离阶段、塑性-剥离阶段四个部分进行。根据本文提出的界面粘结-滑移模型,对界面的粘结剪应力、滑移量、以及锚杆的正应力进行了理论推导,并由此得到了相应的解析解,从理论上说明了有效锚固长度的概念。最后通过数值模拟结果的验证来说明本文建立的界面粘结-滑移模型可以较好地与实验现象吻合,而理论推导的结果也能够和数值模拟结果对应上就进一步证明本文对锚杆拔出过程的理论推导的意义,笔者也尝试采用三线性本构关系对理论推导进行进一步的讨论,相信能为后续相关研究提供基础。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476

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本文编号：1198811