压力分散型锚索加固柱状节理玄武岩的应力分布规律研究

摘要

压力分散型锚索可以将锚固荷载分散到不同深度的岩土体中，将集中力分散为若干个较小的力分别作用于长度较小的锚固段上，使得每个锚固单元都具有压力型锚索的受力特点，充分利用整个锚固范围内的岩土体强度，是岩土工程中一项重要的技术手段。通过参考总结前人的研究成果，发现当前压力分散型锚索的研究重点主要围绕注浆体内部、注浆体与围岩之间接触面的应力（变）分布规律，而鲜有围岩不同部位的应力（变）分布规律。
　　本文依托金沙江白鹤滩水电站左岸地下厂房支护工程，以理论归纳为基础，工程应用为依托，物理模拟为主要手段，数值模拟为辅助手段，对锚索加固柱状节理玄武岩的应力分布规律进行了研究，得出了一些有参考价值的结论。
　　首先在参考了大量已有研究文献的基础上，将目前预应力锚索的研究方法归纳总结为理论分析法、试验分析法（现场试验和室内模型试验）、数值模拟法三种。根据工程原型和本文研究目的，以及目前压力分散型锚索研究中存在的问题与不足，选定了室内模型试验法为主要研究方法，数值模拟为辅助方法。在调查白鹤滩水电站左岸地下厂房工程地质条件，尤其是柱状节理玄武岩工程地质特征的基础上，开展了现场压力分散型锚索的生产性试验，根据张拉数据验证了“分级分组循环张拉”和“整体分级张拉”两种张拉方式的可行性。
　　模型试验的首要研究重点即相似材料的研制。根据模型试验的相似理论确定了试验相似比。以水泥、水、石英砂、重晶石粉、铁粉为原料，采用正交试验的方法开展了玄武岩相似材料配比试验研究，从容重、抗压强度、弹性模量、泊松比等方面分析了不同配比的影响，最终确定了本文模型试验所需相似材料的配比。
　　模型进行搭砌前，先在各个柱体上布设应变片，以便进行应变的监测。采用钢丝模拟锚索，圆形铁片模拟承载板，通过增加秤砣个数的方式模拟逐步增加荷载。根据工程原型，采用“分级分组循环加载”和“整体分级加载”两种方式进行张拉，根据应变采集仪记录的试验各阶段的应变，分析了两种不同张拉方式作用下，围岩不同部位柱体的应变分布规律以及变化规律，得出了一些有价值的结论，为压力分散型锚索的优化设计提供了参考依据。
　　最后，应用FLAC3D分析了局部单根锚索在预应力作用下的锚固区轴向应力分布规律、注浆体轴向应力分布规律、注浆体与围岩接触面剪应力分布规律、临空面部位的应力分布等。然后应用Phase2有限元计算软件，从地下厂房典型加固断面的位移、应力分布等方面分析了支护效果。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 概述

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 地下厂房锚固工程原型

2．1 厂房区域地质条件

2．1．1 地形地貌

2．1．2 地层岩性

2．1．3 地质构造

2．1．4 地应力

2．1．5 水文地质条件

2．2 地下厂区柱状节理玄武岩岩体结构特性

2．2．1 柱状节理玄武岩的空间分布

2．2．2 柱状节理玄武岩的基本特征

2．2．3 柱状节理玄武岩岩体结构特征

2．3 地下厂区柱状节理玄武岩风化特征研究

2．3．1 柱状节理玄武岩表观风化特征

2．3．2 柱状节理玄武岩矿物风化特征

2．3．3 柱状节理玄武岩化学风化特征

2．3．4 柱状节理面和微裂隙的风化特征

2．4 压力分散型锚索现场生产试验

2．4．1 所用压力分散型锚索简介

2．4．2 试验内容及目的

2．4．3 锚索试验施工工艺

2．4．4 试验成果分析

第3章 玄武岩相似材料配比试验

3．1 相似材料概述

3．1．1 相似材料研制的必要性

3．1．2 相似材料的选取原则

3．1．3 常用相似材料的研究现状

3．2 相似比及各项参数

3．2．1 工程原型玄武岩力学参数取值

3．2．2 相似比的确定

3．3 正交试验设计

3．3．1 正交试验方案设计概述

3．3．2 各项基本概念

3．3．3 配比试验方案

3．4 试验过程

3．4．1 主要试验设备及工具

3．4．2 试验步骤

3．4．3 成果整理

3．5 试验结果分析

3．5．1 重度分析

3．5．2 抗压强度分析

3．5．3 弹性模量分析

3．5．4 泊松比分析

3．5．5 最终选定的配比

第4章 物理模拟试验研究

4．1 试验研究简介

4．2 试验方案设计

4．2．1 主要试验设备及工具

4．2．2 模型设计概况

4．2．3 加载方式

4．3 试验步骤

4．3．1 制备单块柱体

4．3．2 粘贴应变片

4．3．3 锚索强度测试试验

4．3．4 承载板的制作

4．3．5 搭砌模型

4．3．6 支承反力及加载装置

4．3．7 连接应变数据采集箱

4．3．8 加载

4．4 试验结果分析

4．4．1 分级分组循环张拉结果分析

4．4．2 整体分级张拉结果分析

4．4．3 小结

第5章 锚索加固效果的数值分析

5．1 局部单根锚索分析

5．1．1 FLAC 3D简介

5．1．2 基本模型的建立

5．1．3 模型边界条件及参数取值

5．1．4 计算结果分析

5．2 地下厂房典型断面加固分析

5．2．1 Phase 2软件简介

5．2．2 模型及参数取值

5．2．3 计算结果分析

5．3 小结及工程建议

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果