圆形洞室锚固效应数值模拟与模型试验研究

摘要

在岩石边坡和地下工程中，通常要进行大范围的开挖，开挖荷载和地应力的释放往往危及岩石的稳定性。锚固技术作为一种提高岩石稳定性的有效方法，在工程中被普遍采用，并取得了巨大成功。 但与此不相称的是，对锚固机理的理论研究却远远落后于工程实践。到目前为止，尚有不少问题未弄清楚，有些问题虽有一些解决办法但尚没有统一的认识，这既影响到对洞室锚固效应的正确分析，也影响对其合理的加固设计。 本文首先运用数值计算的方法，对圆形洞室的锚固效应进行了研究，得到了洞室开挖后洞壁关键点的位移，给出了围岩的开洞应变分布曲线、超载应变分布曲线和超载破坏荷载值，分析了断层对开洞位移和锚杆轴力的影响，探讨了锚固的效果和机理。 在完成了数值计算之后，又对洞室的锚固效应进行了模型试验研究。主要研究了洞室的超载破坏特征和各个加载阶段的荷载一应变关系，对洞室的破坏机理进行了解释，并将模型试验和数值计算的荷载一应变关系进行了对比，两者结果一致，从而验证了数值计算成果的正确性。

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第一章绪论

1.1选题背景

1.2锚固技术的发展及应用前景

1.3国内外研究现状

1.4本文完成的主要工作

第二章岩石弹塑性理论与隧洞开挖支护数值模拟原理

2.1非线性计算理论

2.1.1非线性问题分类

2.1.2岩石材料的非线性特征

2.1.3非线性问题的求解方法

2.2有限元理论简介

2.2.1杆系单元

2.2.2四边形等参单元

2.3岩石强度理论与破坏准则

2.4隧洞开挖支护数值模拟原理

2.5ANSYS有限元程序简介

第三章圆形洞室锚固效应数值模拟研究

3.1数值模型设计

3.1.1计算区域与边界条件的确定

3.1.2模型比尺的确定

3.1.3荷载条件的确定

3.1.4数值模型的确定

3.1.5计算参数的选取

3.2均质岩体洞室受力反应特征研究

3.2.1计算过程简介

3.2.2破坏荷载特征

3.2.3洞壁位移特征

3.2.4开洞应变分布特征

3.2.5超载应变分布特征

3.3含断层岩体洞室锚固效应研究

3.3.1断层位置对开洞位移和锚杆受力特征的影响

3.3.2断层与洞壁距离对锚杆受力特征的影响

3.3.3断层厚度对锚杆受力特征的影响

第四章模型试验与数值计算对比研究

4.1试验模型设计

4.1.1模型尺寸及荷载条件

4.1.2模型材料的确定

4.1.3模型制作

4.2模型加载与数据采集

4.2.1模型加载系统

4.2.2模型加载流程

4.2.3数据采集

4.3数值计算简介

4.4模型试验与数值计算结果分析

结论与展望

1结论

2需深入研究的问题

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢

参考文献