武汉岩土所提出深部地下洞室全长粘接锚杆加固效应的局部均一化方法

时间:2022-06-20

  全长粘接锚杆是地下洞室围岩支护体系的关键部件之一。尽管科研人员在深部地下洞室全长粘接锚杆加固效应的连续介质数值模拟方面做了大量工作,但由于多采用结构单元法,锚固效应模拟效果不佳,与真实情况相去甚远。

  为有效模拟全长注浆锚杆对深部围岩的加固效应,武汉岩土力学研究所智能岩石力学研究团队提出了将弹塑性力学、复合材料力学、解析方法与数值分析相结合的局部均一化方法。在该局部均一化法中,基于锚杆单元法所采用的原始网格模型,建立了全长粘接锚杆加固岩体的特征体单元。该特征体单元为单元体中心包含一根锚杆的直四棱柱,其横截面尺寸等于锚杆间距,长度等于锚杆长度。通过局部均一化方法将该特征体单元从单向锚杆增强复合材料均一化为横观各向同性介质,其力学特性由一个新的横观各向同性弹塑性模型予以描述。特征体单元的局部均一化法参数则采用解析方法、复合材料力学,由已知的岩体和锚杆参数求得。利用该局部均一化法,对已有文献中加锚岩体的物理模型试验和锦屏二级2#引水隧洞的全长粘接锚杆加固效应进行模拟。研究结果表明:相比结构单元法,局部均一化法的模拟结果与加锚岩样的物理模型试验结果更加吻合,并能给出更反映深部地下洞室加锚围岩力学响应的预测结果;即使采用地下工程中常用直径和间距的全长粘接锚杆,也可在锚杆轴线方向上大幅提高围岩的弹性模量、抗剪强度和抗拉强度。

  相关研究成果发表于JCR一区期刊International Journal of Mining Science and Technology上。

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095268622000039 

 

  

图1.加锚岩体的复合材料概化模型 

  

图2.纵向布锚岩体在单轴压缩下的破坏示意图   

图3.模型试验和局部均一化法给出的单轴压缩加锚岩样应力-应变曲线    

图4.不同锚杆支护时机下的锦屏二级2#引水隧洞典型剖面屈服区边界

(文/图 智能岩石力学组)

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