收藏本站
《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于预应力锚杆模型的节理岩体稳定性非连续分析

张伟  
【摘要】: 深部岩体是由许多节理面和被其切割的岩块组成的块体系统,其力学作用主要受岩体内节理及块体控制,主要运动形式为块体间沿节理面产生的剪切位移,导致深部岩体锚固工程中锚杆常常被剪断、剪弯、拉断、扭曲,这些现象在低压力、埋藏浅的岩体中很少出现。浅部仅仅强调锚杆轴向作用的围岩锚固控制理论远远不能适应深部节理岩体稳定控制的要求,必须尽快发展深部锚控理论,才能有效的指导深部岩体支护设计。 本文以节理岩体和锚杆为研究对象。对于节理岩体中锚杆的加固作用,本文假定:锚杆只对节理面产生加固作用,对岩体内部的影响忽略不计,基于这种假定,建立了节理岩体锚杆加固模型,通过实验手段进行验证,并对其进行数值化;对于节理岩体,本文视其为可变形的块体,提出了围岩稳定的失稳判据,将岩体的结构性失稳和强度性失稳统一起来,并应用安全系数表示围岩的安全性能。 首先,结合锚杆抗剪作用的相关研究成果,基于锚杆与节理岩体的相互作用,揭示了锚固节理岩体抗剪作用机理,提出了适用于节理岩体的锚杆模型。模型引入表征锚杆两塑性铰距离的变量,将锚杆与岩体相互作用段划分为弹性变形段和挤压破坏段,分别考虑了这两部分中的锚杆切向变形和轴向变形规律,推导了荷载-位移的关系,总结了端部锚固与全长锚固两种锚固方式下节理抗剪强度的变化规律,分析了锚杆施加预应力后的状态,讨论了理论上的最优锚固角度。最后综合分析了锚杆轴力和剪力,并对锚杆在剪切荷载作用下的两种破坏形式进行了讨论。 为了研究锚杆对节理剪切性能的作用机理和作用模式,并对提出的锚杆模型进行验证,开展了锚固节理岩体的实验室剪切试验,模拟了不同强度的岩体在剪切荷载作用下的变形特性和受力特征,对比了锚杆加固前后岩体的剪切变形规律,分析了节理岩体强度、预应力及锚固方式对节理的抗剪能力的影响,试验过程中通过应变片测点监测锚杆轴力的变化规律,研究了节理剪切过程中锚杆的轴向受力机制和变形特性。剪切试验完成后,取出剪切变形后的锚杆,统计了变形段长度与各参数之间的关系。 为了使锚杆模型得以应用,将锚杆模型依据离散元原理进行二次开发,基于三维离散元软件3DEC中的fish语言,编制锚杆模型程序,并嵌入3DEC中,通过直剪试验验证模型,计算结果显示模型对全锚与端锚以及预应力的模拟都可以取得满意的效果,并通过直剪试验模拟结果对剪切参数进行了敏感性分析和作用规律的研究。 其次,本文以深部节理岩体为研究对象,以关键块体的判定为基础,综合考虑基于块体理论与基于强度准则的稳定性分析方法,提出了围岩稳定性的判据:围岩失稳优先发生在节理面,块体沿着节理面滑动;当块体经分析确定稳定后,围岩仍可能在块体内部剪切破坏,需要对块体内部利用强度准则进行校验。 结合地下工程的特点,运用Monte-Carlo方法生成节理网络,采用矢量分析方法,分析块体间的相互作用,考虑地应力的影响,判定关键块体,计算块体稳定安全系数和锚杆设计预应力值以及围岩状态的安全系数。编制了判定开挖后围岩关键块体、计算块体安全系数、锚杆需要预应力值和岩体强度安全系数的程序。 最后,以淮南矿区顾桥煤矿深部巷道工程中的断层破碎带为研究对象,应用了节理岩体锚杆模型,建立了大规模地下工程数值模拟模型,分析锚杆加固巷道工程的稳定性,并在围岩稳定性分析研究的基础上,对围岩的支护加固方案进行了优化调整,数值模拟结果和监测数据分析显示出调整后的支护方案能够取得良好的加固效果。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU476

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘爱卿;鞠文君;许海涛;王洋;;锚杆预紧力对节理岩体抗剪性能影响的试验研究[J];煤炭学报;2013年03期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张秀丽;焦玉勇;刘泉声;;非连续变形分析(DDA)方法中的预应力锚杆模拟[J];地下空间与工程学报;2008年01期
2 张治强,张国,赵赤云,冯夏庭,林韵梅;边坡预应力锚固结构的实验研究[J];东北大学学报;1999年05期
3 许强,黄润秋;考虑地应力的洞室围岩块体稳定性分析的理论与实践[J];地质灾害与环境保护;1996年04期
4 勾攀峰,侯朝炯;锚固岩体强度强化的实验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年03期
5 王建国;王振伟;王来贵;纪玉石;;受控于软弱结构面的矿山软岩边坡稳定性[J];辽宁工程技术大学学报;2006年05期
6 巨能攀;赵建军;黄润秋;邓辉;王彦东;;基于3DEC的边坡块体稳定性分析[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年06期
7 谭云亮,姜福兴,范炜林,徐恩虎,刘传孝;锚杆对节理围岩稳定性影响的离散元研究[J];工程地质学报;1999年04期
8 李世煇,宋军;变形速率比值判据与猫山隧道工程验证[J];中国工程科学;2002年06期
9 雷晓燕;三维锚杆单元理论及其应用[J];工程力学;1996年02期
10 刘汉东;高磊;李国维;;GFRP锚杆锚固机理试验研究[J];华北水利水电学院学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王泳嘉;;离散单元法——一种适用于节理岩石力学分析的数值方法[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 尤春安;锚固系统应力传递机理理论及应用研究[D];山东科技大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭艳华;郭志昆;;岩土工程反分析的初步探讨[J];四川建筑科学研究;2006年03期
2 李文婷;王如路;余占奎;;软土盾构隧道局部卸载的理论与三维有限元分析[J];四川建筑科学研究;2008年05期
3 李月;刘立;李玉梅;张中兴;梁伟;;地基层状岩石纵波波速与密度相关性试验研究[J];四川建筑科学研究;2009年01期
4 吴永;何思明;李新坡;;预应力锚杆作用机制的进一步分析[J];四川建筑科学研究;2010年01期
5 周笑;彭阳;;浅埋大跨度隧道施工阶段临时支护安全性分析[J];四川建筑科学研究;2010年06期
6 李文婷;;局部线性分布荷载作用下软土盾构隧道解析解[J];四川建筑科学研究;2012年01期
7 崔可锐;侯方;;安徽芦岭—朱仙庄煤矿的构造特征和构造演化[J];安徽地质;2004年03期
8 施笋;庞建勇;龙卿吉;;矿山边坡稳定性分析及其工程应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年02期
9 方从严;;基于差分法的锚固体抗拔机理的分析[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2007年03期
10 方从严;;加锚岩体力学效应的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 潘一山;吕祥锋;李忠华;;煤矿冲击地压巷道吸能支护研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
2 李潇;马倩;李世萍;施旭栋;;基于Winkler地基模型的弹性地基梁梁挠度分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
3 刘永禄;高明涛;;千米深井煤巷桁架与锚杆支护效果的数值模拟研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
4 蔡光顺;段海峰;江昌民;董山;;综采工作面无线传输矿山压力监测系统应用研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
5 陈得信;曹思远;陈仲杰;;金川二矿区深部开采岩体力学分析[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
6 江昌民;孙焕磊;董山;;基于FLAC数值模拟的孙村矿深部软岩巷道支护研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
7 盛建红;廖文景;李伟明;;高山石膏矿井下矿柱安全系数计算及分析[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
8 南世卿;张永坤;杨天鸿;;边坡岩体强度参数分析及稳定性计算[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
9 刘鹏博;李路;姚永超;明世祥;;基于矿岩性质模糊聚类分析的巷道分级支护研究[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
10 白霖;蔡俊宇;;浅谈220kV泉乡变电所建设中边坡滑移处理方案的确定与实施[A];2010年云南电力技术论坛论文集(文摘部分)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
4 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
6 杨艳国;寺河矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 秦昊;地铁车站基坑开挖对邻近地下管线的影响研究[D];中国地质大学(北京);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
2 呼庆华;近井筒开采引起覆岩移动变形破坏规律及其治理技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
4 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
5 陈勇;开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D];河南理工大学;2010年
6 宋家勇;安林煤矿炮放面矿压显现规律及顶煤冒放性预测研究[D];河南理工大学;2010年
7 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
8 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
9 何寿迎;黄岛LPG地下储库稳定性分析及支护设计优化[D];山东科技大学;2010年
10 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 康红普;林健;杨景贺;吴拥政;高富强;;松软破碎井筒综合加固技术研究与实践[J];采矿与安全工程学报;2010年04期
2 林健;;高强度高刚度强力锚固支护体系在深部高应力软岩巷道的应用研究[J];煤矿开采;2006年06期
3 刘爱卿;鞠文君;;预应力全长锚固锚杆抗剪作用分析[J];煤矿开采;2012年01期
4 康红普;姜铁明;高富强;;预应力在锚杆支护中的作用[J];煤炭学报;2007年07期
5 康红普;王金华;林健;;高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用[J];煤炭学报;2007年12期
6 李术才;王刚;王书刚;杨为民;王向刚;;加锚断续节理岩体断裂损伤模型在硐室开挖与支护中的应用[J];岩石力学与工程学报;2006年08期
7 葛修润,刘建武;加锚节理面抗剪性能研究[J];岩土工程学报;1988年01期
8 张宁;李术才;吕爱钟;李明田;沈锋;邵冬亮;;拉伸条件下锚杆对含表面裂隙类岩石试样加固效应试验研究[J];岩土工程学报;2011年05期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周生国,黄伦海,蒋树屏,刘新荣;黄土连拱隧道施工方法模型试验研究[J];地下空间与工程学报;2005年02期
2 周建民,金丰年,王斌,赵佩胜;洞室交叉部位塌方的处理技术[J];地下空间与工程学报;2005年02期
3 汤雷,蒋金平;锚杆支护强度[J];地下空间;1997年02期
4 吴英华;;锚杆的握裹力分布与极限抗拔力的分析[J];北方交通大学学报;1988年02期
5 高永涛,吴顺川,孙金海;预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用[J];北京科技大学学报;2002年04期
6 李玉,黄梅,廖国华,张连城,关杰;冲击地压发生前微震活动时空变化的分形特征[J];北京科技大学学报;1995年01期
7 马泽玲,黄永东,虎旭林;加锚节理岩体的无单元模型[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2003年04期
8 薛伟辰;不同试验方法对GFRP筋粘结强度的影响研究[J];玻璃钢/复合材料;2003年05期
9 黄润秋,苟定才,屈科,许模,徐则民;圆梁山特长隧道施工地质灾害问题预测[J];成都理工学院学报;2001年02期
10 韩军,丁秀丽,朱杰兵;岩土锚固技术的新进展[J];长江科学院院报;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李宁;张鹏;;岩质边坡稳定分析与设计中的几个基本问题[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
2 钱七虎;;非线性岩石力学的新进展——深部岩体力学的若干关键问题[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
3 何满潮;;深部开采工程岩石力学现状及其展望[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱维申,王平;节理岩体的等效连续模型与工程应用[J];岩土工程学报;1992年02期
2 陶连金,张倬元,傅小敏;在地震载荷作用下的节理岩体地下洞室围岩稳定性分析[J];中国地质灾害与防治学报;1998年01期
3 贾超;王志鹏;朱维申;;节理网络模拟的程序实现及其在地下洞室中的动态响应分析[J];岩土力学;2011年09期
4 张小飞;;节理岩体单轴压缩强度预测[J];科技信息;2009年11期
5 袁继国,田峰巍;水溶性聚氨酯在节理岩体中的可灌性研究[J];水利学报;1998年S1期
6 刘考学;;互层状岩体及节理岩体的粘弹性模型[J];西安理工大学学报;1990年04期
7 周维垣,杨延毅;节理岩体力学参数取值研究[J];岩土工程学报;1992年05期
8 安然,雷化南;岩体变形参数的推算[J];包头钢铁学院学报;1994年01期
9 张建华,吴德伦;节理岩体的动力学损伤变量[J];重庆建筑大学学报;1997年02期
10 陈卫忠,朱维申,王宝林,任伟中;节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究[J];岩石力学与工程学报;1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 左三胜;聂德新;;蒙特卡罗模拟在节理岩体抗剪强度研究中的应用[A];2002年中国西北部重大工程地质问题论坛论文集[C];2002年
2 狄圣杰;徐卫亚;王伟;吴关叶;郑文棠;;柱状节理岩体原位变形试验力学浅析与模拟[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 肖卫国;兑关锁;;剪胀和破坏耦合的节理岩体本构模型的研究[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
4 魏群;张镜剑;陈兴华;刘光廷;;散体单元法的基本原理及计算应用[A];水电科技论文集[C];1990年
5 魏群;刘光廷;陈兴华;王宙;;模拟坝基岩体渐近破坏全过程的散体单元法[A];水电科技论文集[C];1990年
6 保长汉;;节理岩体的随机本构关系[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1996年
7 孙金山;卢文波;;霍克-布朗节理岩体中圆形隧洞稳定性分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用——隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
8 周太全;华渊;宿树波;;九架棚大桥节理岩质边坡锚杆支护稳定性分析[A];第六届全国地面岩石工程学术会议暨第二届岩土力学与工程前沿论坛论文集[C];2007年
9 孙金山;卢文波;;霍克-布朗节理岩体中圆形隧洞稳定性分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
10 李攀峰;杨建宏;聂德新;;贯通性节理岩体的Jv研究[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 苑改霞;加入WTO后人民币汇率的稳定性分析[N];山西经济日报;2001年
2 中投证券 张宇;关注业绩表现稳定的偏股型基金[N];中国证券报;2008年
3 刘启明;北京电力 以奥运配套工程拉动发展[N];中国电力报;2007年
4 樊民星 张海霞;曾义金:走在创新大路上[N];中国石化报;2006年
5 孔少艾 周银祥 孙传卿;商南完成18条小流域综合治理[N];商洛日报;2006年
6 本报记者 谭逊实习生 李斌;宝鸡尾矿库安全有保障[N];宝鸡日报;2007年
7 杨洪强;电子系统朝高可靠性方向发展 电源管理芯片是根基[N];中国电子报;2008年
8 杨一帆记者 郭东;四项行动确保安全生产形势稳定好转[N];河北日报;2008年
9 记者 谷立辉通讯员 黄云伍 王善业;大宝山尾矿库可挡500年一遇洪水[N];南方日报;2008年
10 文锦 赵蕾;陕西省:明年起尾矿库须持证运营[N];中国安全生产报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张伟;基于预应力锚杆模型的节理岩体稳定性非连续分析[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
2 焦健;节理岩体稳定分析的数值流形方法研究[D];北京交通大学;2010年
3 吴琼;复杂节理岩体力学参数尺寸效应及工程应用研究[D];中国地质大学;2012年
4 肖卫国;节理岩体本构模型和其细观力学方法理论研究[D];北京交通大学;2011年
5 朱福巍;节理岩体细观损伤模型的理论研究与数值方法[D];北京交通大学;2011年
6 宋林;节理岩体中应力波传播的动力特性研究[D];西安建筑科技大学;2012年
7 任懿;非均质材料的时域自适应—等效力、热分析[D];大连理工大学;2010年
8 周能娟;节理裂隙岩体隧道爆破仿真分析[D];吉林大学;2011年
9 漆祖芳;节理岩质边坡位移反分析与稳定性评价方法研究[D];武汉大学;2012年
10 王仁坤;特高拱坝建基面嵌深优化设计分析与评价[D];清华大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贺续文;基于离散单元法的节理岩体边坡稳定性分析[D];湘潭大学;2010年
2 朱成华;节理岩体隧道分析方法研究[D];重庆大学;2012年
3 刘社豪;节理岩体等效本构关系研究及工程应用[D];大连理工大学;2011年
4 杨慧敏;预应力锚杆(索)在节理岩体中的支护机理研究及应用[D];中南大学;2010年
5 邵军;单组节理岩体采动沉陷模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2003年
6 余大军;节理岩体特性的模型试验和特征单元体的研究[D];山东大学;2012年
7 卢轶然;柱状节理玄武岩变形各向异性研究[D];长江科学院;2010年
8 汤明高;节理岩体高边坡稳定性研究及应用——以云南小湾水电工程6#山梁为例[D];成都理工大学;2004年
9 潘鹏志;节理岩体等效性能的损伤模型及其数值模拟[D];武汉理工大学;2003年
10 郑达;澜沧江小湾水电站ⅢA区边坡节理岩体连通特性及高边坡稳定性研究[D];成都理工大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026