岩体的弹脆塑性损伤分析及锚杆支护数值模拟

【摘要】：经典的弹塑性有限元方法,为地下工程结构的稳定分析提供了较为精确的参考依据,对于地下洞室的稳定定量分析起到了极大的推动作用。 岩体结构并不是均质的材料,它往往包括有裂隙、孔洞、断层等一系列的缺陷。随着荷载的增加,岩体中的微裂隙、微空洞等不断的形成和扩展,使岩体的承载能力不断的降低,当岩体中的一系列裂隙、空洞发展成为贯穿的裂纹时,继续加载就可能发生脆性破坏,伴随其发生的是应变的软化现象。经典的弹塑性理论在分析此种现象时往往通过修正材料的参数来近似模拟,但是随着岩土工程技术的发展,大型超大型断面的洞室不断的涌现,以及高地应力下的洞室的开挖,使得用经典的弹塑性理论来模拟此种现象已经不能满足精度要求,如何模拟岩体材料的缺陷对于岩体承载能力的影响就成为人们越来越关心的问题。 将损伤力学引入混凝土等结构的分析最早见于Dougill(1976)的文献,经过近30年的发展,这种理论日趋成熟,但是对于损伤变量的定义一直是人们争论的焦点,直到现在还没有统一的认识。本文试着从应变的角度来定义损伤变量,给出了多轴应力状态下损伤变量的计算表达式,并将其应用于岩体结构的分析,得出了较为合理的结果。岩体的脆性破坏将导致整体结构的应力重新分配,怎样用合理的方法求解这种应力的重新分配,本文给出了较为合理的解答。 我国经济发展曰新月异的今天,怎样用最少的资源来发挥最大的效益成为我们更加关心的问题。在地下工程的锚固支护设计中,以往都采用工程类别法,这种方法具有快速、便捷等特点,但是由于各个工程有着这样那样的特殊性,这种定性的设计方法往往会造成不必要的浪费,怎样用合理的力学模式来模拟锚杆的支护作用,从而给出锚杆的定量分析方法优化锚固支护设计,提高经济效益?本文给出了锚杆支护的力学模式,给出了较为精确的锚杆支护的定量分析方法,为优化锚固设计提供了一定的依据。另外,地下工程中的断面呈现多样化趋势,而且在锚固优化设计过程中,往往有多种锚固支护方案要相互比较,怎样快速的建立锚杆的三维模型?利用AutoCAD和ANSYS各自的优点,采用与Fortran语言接口程序,本文给出了一种锚杆建模的快速方法。