锚定的荷载传递机理仿真研究系统在软、硬复合拉伸加载条件下岩层

文摘

软、硬复合岩层中经常遇到交通、岩土及地下工程。然而,大多数现有的支持是专为均质岩体,忽略了不同软、硬复合岩层中锚定效应。提出了一个数值研究的拉拔力行为完全灌浆在软、硬复合岩层岩石螺栓。非线性bolt-grout界面的粘结滑移关系,在软岩和硬岩锚定了从实验室测试,分别。然后,投入的非线性粘结滑移关系数学模型。数值结果显示了一个接近的比赛和拟议的模型与实验测试。岩性序列、层厚度比和层数数值模拟模型中考虑。在相同层数,shallower-soft deeper-hard复合岩层(SHCRS)有更高的承载能力和抗变形性比shallower-hard deeper-soft复合岩层(HSCRS)。随着SHCRS软到硬厚度比的增加,荷载位移曲线的初始刚度和峰值负载不断减少。荷载位移曲线显示了相同的初始刚度不同的硬软HSCRS厚度比率。 As the hard to soft thickness ratio increases, the load peak and the displacement at the peak load increase. Therefore, the closer the hard rock is to the loading end, the greater the initial stiffness of the load-displacement curve is. The greater the hard rock thickness, the larger the peak load. Under the same anchor length, the peak load and the displacement at the peak load decrease with the increase of layer numbers, but the reduction magnitude decreases. This paper leads to a better understanding of the load transfer mechanism for the anchoring system in soft and hard composite strata and provides a reference for scientific support design and evaluation method.

1。介绍

在过去的几十年里,岩石螺栓和电缆螺栓支持技术已经成为主要的手段加强围岩强度等领域的建设,水利、地下空间,等等,与低成本的优势,高可靠性和高承载能力(1,2]。岩石螺栓锚固系统是一个复合材料系统组成的三个材料和两个接口。一些学者[3- - - - - -6]发现外力转移到周围的岩体界面结合力,机械联锁的力量,和螺栓之间的摩擦力,锚固剂,和周围岩体在抗拔试验,从而达到锚固均衡,增强岩体。邢et al。7)定量分析了机械联锁,摩擦力,变形钢筋之间的界面结合力,普通的酒吧,纯铝合金和混凝土。许多学者致力于研究岩石的承载力影响因素螺栓或电缆螺栓。刘和Kaiser (8)建立了粘结强度模型(BSM)基于厚壁圆筒理论,详细介绍了粘结强度的影响因素如下:岩石的力学性能和灌浆钻孔的几何形状以及岩石螺栓。它证实了灌浆电缆有更多的键的强度比软岩石坚硬的岩石。Hyett et al。9]研究了电缆螺栓的锚固能力主要受水泥性能的影响,埋置长度、径向约束作用于水泥环的外表面由许多室内和现场实验。后来,Hyett et al。10,11拉拔力测试)进行了一系列的实验室修改Hoek细胞。结果表明,径向围压越高,峰值强度越高,但关系不是线性的。Moosavi et al。12- - - - - -14)开发了一个基于线性膨胀的假设和分析模型进行了一系列的参数研究使用普通和修改电缆螺栓。结果表明,债券电缆螺栓失效机理是摩擦膨胀过程控制的螺旋电缆的表面形态。较高的轴向载荷和径向膨胀生成在修改电缆比常规电缆根据岩体所提供的约束的程度。科里奇et al。(15)进行了大约80在玄武岩岩石螺栓拉拔力测试块和获得的抗拔承载力影响规律抗剪强度、单轴抗压强度和固化时间的灌浆材料,螺栓长度、螺栓直径,焊接区。Thenevin et al。16)证实了围压的影响,拉拔力响应的埋置长度通过实验室与不同类型的岩石螺栓拉拔力测试和电缆螺栓。陈等人。17)研究的影响半径和边界条件(无侧限条件和限制条件)电缆的债券性质的圆柱形标本螺栓通过实验室拉拔力测试。应该注意的是,这些研究方法都集中在承载力的影响因素岩石螺栓或电缆螺栓固定在均质岩体,和软、硬复合岩层并不参与。

然而,软、硬复合岩体是非常普遍的在山坡上,隧道、矿业项目,等等,特别是在沉积岩。图1显示了软、硬复合岩层在煤矿地下工程,不同的厚度从0.3到1.0 m和暴露锚杆巷道时修理。摘要本文介绍可以看出,有一个明显的界面;债券在软岩段部分脱胶,和锚固剂已经脱落了。这是很常见的岩石螺栓或电缆螺钉穿透两个或两个以上的软、硬岩层复合岩层,尤其是在倾斜的软、硬复合岩层(如图2)。不同的每个锚杆承载力嵌入软、硬复合岩层导致巷道的支持强度的差异部分,这可能会导致局部破坏的支持系统和影响巷道的整体稳定性。

早期的一些学者[18- - - - - -20.)指出,软、硬分层岩体有明显的不均匀性和分层特征因不同岩性的力学性能(强度、弹性模量、泊松比等)。王等人。21]分析了界面剪切应力的分布在玻璃纤维增强聚合物锚杆的拉力数值分析。结果表明,界面剪切应力分布更加均匀,减少浓度与岩体的弹性模量。迈克尔Salcher et al。22)进行了181场拉力测试的岩石螺栓和电缆螺栓在悉尼西北地铁隧道和分析岩性的影响规则,螺栓类型、灌浆材料、螺栓杆材料,钻孔直径锚定效应。结果表明,岩性对粘结强度有很大的影响。

先前的研究在安克雷奇的影响因素均质岩石获得许多有益的结果,但轴向力,剪切应力分布沿锚杆、锚定的荷载位移响应系统在软、硬复合岩层需要进一步研究。物理测试原位或在实验室是常见的方法来评价锚杆体系的力学性能。然而,很难捕捉到轴向力和剪切应力分布的演化。因此,数值分析方法的基础上提出的粘结滑移关系研究岩性序列的影响,层厚度比,和数字层软、硬复合地层中的荷载传递机制。

2。债券界面粘结滑移关系

增粘剂债券围岩岩石螺栓。至关重要的粘结滑移关系的研究macromechanical安克雷奇的身体属性。一些学者已经做了大量的研究工作在轴向力和剪切应力分布特征的锚定系统,主要是基于实验方法。Teymen et al。23)测量应变值的钢筋和混凝土界面铺设钢筋表面的应变仪在加载过程中,获得了τ集成后- s曲线。农民et al。24]提出bolt-resin界面上的剪应力是指数衰减随着深度的增加沿锚杆在滑动或脱胶。Aydan et al。25推导出一个分析研究岩石螺栓的荷载传递解决方案。后来,Aydan et al。26)提出了灌浆的岩石螺栓有限元来说明岩石螺栓和岩体之间的互动现象。李和Stillborg (27)开发了一个分析模型来研究岩石螺栓的载荷分布,基于沿锚杆的剪切应力分布。它可以成功地描述锚固界面的分离过程。Benmokrane et al。28)提出了一个经典的三线的粘结滑移模型如图3(一个)。任等。29日)获得了解析解的轴向力和剪切应力分布在弹性、弹塑性、塑性状态基于三线的粘结滑移模型和分析的载荷分布和转移机制安克雷奇节在加载过程中。然而,实验测试表明,粘结应力和相对滑动非线性相关。

获得一个更好的理解的界面力学行为,有必要探讨非线性本构关系。戴et al。30.,31日和周et al。32)的粘结性能进行了室内试验获得的纤维增强聚合物(FRP)材料和非线性控制方程的粘结滑移关系如图3 (b)。马等。33)提出了一个非线性bond-ship完全灌浆锚杆模型基于周等所使用的方法。32),进行短锚拉拔力测试无缝钢管(锚长度36毫米和75毫米)。测试结果是按照非线性粘结滑移关系。此外,马丁et al。34,35和马等。36]指出blot-grout界面的粘结滑移本构关系的法律,这是独立的埋置长度。换句话说,债券接口有相同的时的粘结滑移关系受到相同的条件(如相同的安装过程中,岩石螺栓,灌浆,围岩质量,和同一地质条件下不同锚长度。

该分析模型需要以下四个假设(29日,34,37]:(a)围岩的变形可以忽略不计;(b)债券接口有相同的在同等条件下的粘结滑移关系;(c)发生故障时,bolt-grout界面;(d)锚杆在线性弹性工作状态。当螺栓受拉拔力负载 ,债券界面的剪切应力τ(x在任何位置),螺栓应变ε(x),债券的相对滑动界面年代(x),在自由端刚体位移年代₀和锚长度l示意图见图吗4。

应力分布的基本长度dx被进行分析。根据力学平衡关系,可以得到如下: 在哪里一个锚杆的横截面积和吗U的周长是锚杆钢筋截面。

重写方程(1),我们有 在哪里σ(x)是锚杆的轴向拉应力τ(x)是界面剪切应力。

围岩的变形被认为是零。因此,债券的相对滑动界面年代(x)可以计算出刚体位移之和在锚杆的自由端和自由端集成的菌株的考虑点x:

重写方程(3),我们有

方程(4)也持有时年代₀不是0。

岩石螺栓被认为是处于弹性状态;然后, 在哪里E是锚杆的杨氏模量。

根据方程(2),(4)和(5),

因此,债券界面的剪切应力的分布特征可以获得轴向位移的分布年代(x沿着锚杆是已知的)。

周et al。32)提出,有一个相应的和独特的内部变形和应力分布一定把债券接口的负载P在加载端。相对滑动年代(x)的债券接口是定期在不同荷载水平,可以用 在哪里 , ,和x₀是待定系数。

重写方程(7),我们有

用方程(11)到方程(8)- (10)给

方程(14)描述了加载结束时的荷载位移关系x=l(l锚固长度)。待定系数α和β从拉拔力试验数据拟合得到的。然后,非线性债券界面的粘结滑移关系可以通过使用方程(13)。

微分方程(14)对年代(x)可以获得

当年代(x)= 0,方程(15)是

从方程(14),可以获得最大负载

因此,系数α可以表达的

如图5(一个),系数α代表了滑荷载位移曲线的转折点和系数β占主导地位的初始切向刚度梁进行[33]。

3所示。数值模型建设

3.1。应用Flac3D中桩结构的元素

应用Flac3D在采矿和土木工程常用的模拟土壤,岩石,和结构的行为。电缆和桩结构元素可以在Flac3D软件模拟锚固特性很好,和桩结构元素为用户提供一个可定制的cs_sctable定义最大债券力和剪切位移之间的关系,可以更好地描述postpeak软化特征的债券接口(38]。

桩结构元素与固体交互元素(围岩质量)通过剪切和正常的耦合spring-slider系统见图6。弹簧代表债券刚度和滑块代表最大的债券的力量。本文旨在研究债券界面的剪切行为,没有考虑到正常的行为。桩的力学性能结构元素剪切耦合弹簧如图7: 在哪里F_年代春天,是剪切的剪切力耦合k_年代春天是耦合剪切刚度(仿真模型:cs_sstiff),然后呢u_年代是结构元素之间的相对位移和围岩质量: 在哪里c_年代内聚强度的剪切耦合弹簧(仿真模型:cs_scoh),σ_米是平均有效围压应力正常桩元素,φ_年代的摩擦角剪切耦合弹簧(仿真模型:cs_sfric)和周长暴露周边的元素。

如果不考虑剪切耦合弹簧摩擦角,也就是说,cs_sfric = 0,最大剪切力结构元素的单位长度只有cs_scoh有关。因此,一个功能键的强度和相对位移剪切耦合弹簧可以通过cs_sctable表示,它提供了一种方法,输入现有的粘结滑移函数到数值模拟模型。

Cs_scoh (N / m)代表元素的键的强度剪切弹簧长度,可以由以下公式表示: 在哪里d锚杆直径,米,τ沿着锚杆的剪切应力,Pa。

因此,粘结滑移模式的数学关系可以转移到剪切位移之间的关系和cs_scoh方程(21)。然后,软岩和硬岩的粘结滑移关系投入数值仿真模型通过用户定义的表cs_cstable表达的非线性特征债券接口(39]。

3.2。模型验证

为了验证目前锚杆模型的准确性,使用数值方法的预测与抗拔试验由荣et al。40和陈等。41]。荣等人应用拉伸载荷到1米长,32毫米直径螺纹钢筋锚杆封装在混凝土(坚硬的岩石)。陈等人应用5米长,直径15.26毫米螺纹钢锚杆灌浆在软岩。根据此数据从软、硬岩的抗拔试验,数据拟合方程(14)获得α= 4.5455毫米,β在软岩和= 751.52毫米α= 0.2169毫米,β= 131.58毫米在坚硬的岩石。替换α和β在方程(13债券界面的粘结滑移关系)分别获得在软岩和硬摇滚,如图8。的粘结滑移曲线显示明显的非线性特征债券接口。剪切应力峰值点米(3.2,1.54)米'(0.14,5.25)表明一个软化的起始状态。的点n0.07 (20)n'(1.0,0.21)表明脱胶的起始状态。一组关键图8选择从桩的粘结滑移曲线的结构元素Flac3D软件模型和剪切应力转移到cs_scoh利用方程(21)。这个模型是重写和鱼作为子程序实现语言Flac3D软件5.0版。

围岩质量建模使用各向同性弹性模型;岩石螺栓被认为是弹性,不考虑屈服或断裂。因此,抗拉屈服强度被设置为一个较大的值。数值模型是一个长方体的大小5米×0.3米×0.3米(长×宽×高)软岩和1米×0.3米×0.3米硬摇滚。网格点的速度是固定的y方向上的y= 0边界和其他边界都是免费的。模拟拉伸载荷,一个恒定的速度ν= 1×10⁻⁷米每一步是应用于负荷(即结束。节点1桩元素)。然后,拉拔力位移等于产品的步骤和恒定速度ν。桩结构的元素使用Flac3D软件模拟锚杆。硬摇滚的锚长度是1.0米,软岩的锚固长度是5米,和裸露的部分都是0.05米,分为42和202台,分别;每个单元0.025,如图9。参数取自桩结构单元如表所示1。

抗拔荷载与位移曲线是通过监测桩元素节点1的轴向力和桩的位移元素节点3。荷载位移曲线由Flac3D软件模拟的结果相比,拉拔力测试和分析模型图5。之间的一个很好的协议的结果应用Flac3D模拟,扒拉睾丸,可以看到分析模型。耦合弹簧的剪切应力与剪切位移曲线节点4,10日,30日,坚硬的岩石和节点4和42,34岁,144年和202年在软岩被监控,用于比较输入如图的粘结滑移关系8。可以看出,沿锚杆不同的节点有相同的和有一个很好的协议的粘结滑移关系与输入粘结滑移关系。

为了分析荷载传递机理和剪切应力分布沿锚杆的荷载位移响应以及锚定系统,以下是拉拔力仿真数据的分析硬岩和软岩。荷载位移曲线分为以下三种状态:线性状态我(OA段),非线性阶段II (AB段),和软化剥离阶段III (BC段),如图10。沿着bolt-grout界面剪切应力的分布和沿螺栓轴向力在不同负荷水平也呈现在图11:线性阶段我(OA段):当牵引负荷100 kN在软岩硬摇滚和50 kN,界面的剪切应力小于最大5.25 MPa和1.54 MPa的粘结强度m′和米点在图8)。最大剪应力和最大轴向力位于装运结束,逐渐向自由端衰减指数。OA的部分荷载位移曲线表现出近乎线性增加。非线性阶段II (AB段):随着牵引负荷的增加在加载端,如拉负荷,是200 kN, 250 kN硬摇滚和100 kN, 150 kN软岩;在加载端剪切应力超过最大债券界面的粘结强度。当地的软化和脱胶的债券界面会发生。剪切应力曲线逐渐演变为单峰曲线,峰值点不断转移到深的部分。轴向力曲线逐渐显示出反“S”型变化趋势衰变。加载端附近的衰减是温柔然后指数衰减。AB的部分荷载位移曲线表明,负载继续增长,但增长速度变得缓慢。软化和剥离阶段III (BC段):当峰值剪应力传递锚端;剪切应力不能进一步转移到深部分由于锚长度的限制。一旦在自由端峰值剪应力超过最大债券界面的粘结强度,随后迅速将发生软化和脱胶。债券界面的剪切应力变得一个常数和整个债券接口只有摩擦阻力。例如,当牵引负荷是25 kN在软岩硬摇滚和25 kN,债券的剪切应力曲线界面显示为一条直线平行x设在,轴向力曲线是线性单调下降。应该特别指出的是,由于债券界面的剥离,荷载位移曲线突然下降。中存储的弹性能量棒的身体突然失去了约束和释放,和螺栓的收缩变形导致轴向力变得消极,红色虚线框表示在图所示10。

4所示。数值计算模型和方案设计

锚杆的荷载传递密切相关岩层的岩性和赋存状态。本节介绍分析荷载传递机制,沿着锚杆剪应力分布,荷载位移响应锚固系统的软、硬复合岩层(岩性序列、层厚度比和层数)。5仿真方案设计如表所示2。模型的尺寸是1米×0.3米×0.3米(长×宽×高)。锚固段的长度是1米和暴露的部分是0.05米。岩石螺栓元素分为42个单位;每个单元是0.025米。相应的软岩和硬摇滚的粘结滑移关系分配给桩结构元素,分别桩结构元素的参数如表所示3。

5。计算结果和讨论

5.1。岩性序列

从加载端锚定系统承担负荷首先,逐步转移到深。软、硬复合岩层的岩性序列将影响锚固系统的承载力。在本节中,两层的复合岩层作为软岩和硬岩组成的一个例子。软岩层的厚度和硬石层都是0.5米。岩层围岩锚定开始被称为浅,这在锚固端称为围岩。然后,软、硬复合岩层分为shallower-soft和deeper-hard复合岩层(简化SHCRS)和shallower-hard deeper-soft复合岩层HSCRS(简体)。岩性序列的影响分析了荷载传递机制和剪切应力分布沿锚杆的荷载位移响应以及锚固系统。

从图可以看出12的梁进行SHCRS初始刚度比HSCRS较小,但峰值负载和位移峰值负载有明显的优势。HSCRS的峰值负载227.8 kN,位移峰值负载是0.5 m;的峰值负载SHCRS 252.2 kN,相比增加了10.7%。在负载峰值位移SHCRS 1.4毫米;的对比增加了180%。主要原因是肤浅的软岩段熊负载首先和消耗部分负荷。硬岩段主要承担负载。因此,锚定系统的承载力增加作为一个整体。键的强度的软岩段SHCRS弱,但是它可以提供一个更大的变形,从而增加锚固系统作为一个整体的变形。在实际工程中,支持设计的软、硬复合岩石地层和岩石的结束/电缆螺栓可以被锚定在尽可能坚硬的岩石。

图13显示界面剪切应力的分布和沿螺栓的轴向力在不同负荷水平SHCR HSCRS:线性阶段:牵引负荷是50 kN时,轴向力加载端和峰值逐渐衰减沿锚杆深。剪切应力曲线和轴向力曲线显示突变在摘要/软硬接口。至于SHCRS,软岩段熊负载首先和荷载位移曲线的初始刚度和轴向力衰减梯度很小由于弱键的强度。轴向力衰减梯度显著增加,由于强键的强度在坚硬的岩石。至于HSCRS,坚硬的岩石段熊负载首先和荷载位移曲线的初始刚度和轴向力衰减梯度很大,由于强烈的粘结强度。肤浅的坚硬的岩石段主要承载负荷,深部软岩段的相对滑移很小,和债券界面的剪切应力几乎为零。非线性阶段:当负载200 kN,债券界面的剪切应力曲线显示单个分布和峰值剪应力峰值逐渐转移到深。软岩段以来SHCRS消耗部分负荷,硬摇滚的界面剪切应力段进入比HSCRS SHCRS plastic-softening阶段之后。的界面剪切应力软岩段HSCRS明显小于SHCRS和几乎为零,由于硬段承担大部分的负载。一旦锚定失败发生在浅层硬岩段,深部软岩段不可能继续承担更高的压力。因此,深软岩段HSCRS几乎没有影响锚固系统的承载能力,相当于减少锚固段的长度。软化和剥离阶段:硬岩段SHCRS和HSCRS解耦,剪切应力是一个常数,和轴向力曲线线性衰减,表明只有债券界面的摩擦阻力的存在。由于锚固界面的相对位移的软岩段尚未达到的位移峰值负载3.2毫米(见图9(一个))。在软岩锚固界面处于弹性阶段。软岩段的界面剪切应力曲线单调衰减。

5.2。层厚度比

5.2.1。不同厚度SHCRS比率的影响

图14给出了影响软到硬的厚度比在SHCRS荷载位移响应。随着软到硬厚度比的增加,越远的硬石层是加载,荷载位移曲线的初始刚度越小。硬摇滚的厚度越小,较小的荷载位移曲线的峰值负载。

图15显示界面剪切应力的分布和沿螺栓的轴向力在不同负荷水平的软到硬厚度比率(7:3、5:5、3:7)SHCRS:线性阶段:当牵引负载50 kN,软岩和硬摇滚的债券接口在弹性阶段;轴向力和剪切应力曲线衰减单调。随着软到硬厚度比的增加,轴向力衰减梯度增加。软岩厚度增加,这必然会消耗更多的负载,导致较低的初始载荷和剪切应力的坚硬的岩石。也就是说,软到硬厚度比值越小,越早坚硬岩石的剪切应力段进入软化阶段,和剪切应力峰值逐渐转移到深。非线性阶段:当负载180 kN,沿着锚杆轴力的分布类似于线性阶段。的界面剪切应力软岩段没有达到最大粘结强度和仍处于弹性阶段。坚硬的岩石的剪切应力曲线段是单峰分布和峰值剪切应力转移到深,进入了软化阶段。坚硬的岩石厚度减小,剪切应力在自由端增加。例如,当软到硬厚度比例是7:3,剪切应力在自由端为4.43 MPa,达到84.2%的峰值剪应力,从而导致峰值负载最低的锚定系统。软化和剥离阶段:当牵引负荷是40 kN,坚硬的岩石部分解耦,界面剪切应力值是常数,与轴向力线性变弱,表明只有摩擦阻力。的界面剪切应力软岩段没有达到最大界面粘结强度。在软岩段锚固界面弹性阶段。软岩段的界面剪切应力曲线单调衰减。

5.2.2。不同厚度HSCRS比率的影响

图16给出了软到硬厚度比的影响在HSCRS荷载位移响应。由于浅层硬岩段轴承负荷,首先,荷载位移曲线表现出相同的初始刚度不同很难下软HSCRS厚度比率。随着hard-to-soft厚度比的增加,峰值荷载和位移峰值负载的增加。

图17显示界面剪切应力的分布和沿螺栓的轴向力在不同负荷水平的软到硬厚度比率(7:3、5:5、3:7)HSCRS:线性阶段:当负载100 kN,随着hard-to-soft厚度比增加,剪切应力衰减梯度的增加,轴向力衰减梯度减少硬岩段。自浅硬岩段熊主要荷载,债券的相对滑动界面深度很小,软岩段和剪切应力几乎为零。非线性阶段:当负载150 kN,坚硬的岩石界面剪切应力的部分已经在软化阶段,界面剪切应力曲线显示单峰分布,和剪切应力峰值不断转移到深。债券的相对滑动界面在深软岩段很小,和软岩段的界面剪切应力是在线性阶段。当hard-to-soft厚度比3:7,界面剪切应力已进入坚硬岩石的软化阶段,整个硬岩段的剪切应力值不完全不同,和轴向力显示几乎线性衰减。当hard-to-soft厚度比5:5和3:7,坚硬的岩石段就进入的界面剪切应力软化阶段。当牵引负荷220 kN,随着hard-to-soft厚度比的增加,峰值剪应力可以进一步转移到深坚硬的岩石段由于坚硬的岩石厚度的增加,轴向力曲线衰减梯度增加,和锚定系统承载力的增加。软化和剥离阶段:当负载是45 kN,坚硬的岩石段已经完全解耦,剪切应力变成一个常数,和轴向力变弱线性,表明只有债券界面的摩擦阻力的存在。软岩锚固界面也处于弹性阶段。因此,剪切应力曲线和软岩段的轴向力曲线沿着锚杆减弱单调。随着hard-to-soft厚度比的增加,峰值剪切应力的增加,轴向力峰值减少软岩段。

5.3。比较分析不同下的荷载位移曲线比较软、硬复合岩层

荷载位移曲线的macromechanical响应锚固系统的机械性能。锚定系统有不同的拉拔力反应由于不同的软岩和硬岩的力学性能。本节分析岩性序列的影响,层厚度比的荷载位移曲线锚定系统。

图18显示了荷载位移曲线比较在不同软、硬复合岩层。图19显示了峰值负载和位移峰值负载比较在不同软、硬复合岩层。从数据可以看出18和19峰值负载(275 kN)的硬摇滚是软岩的3.53倍(78 kN);位移峰值负荷(2.4毫米)的软岩石坚硬的岩石(1.15毫米)的2.09倍。因此,在同样的锚长度、锚固系统的承载能力明显优于硬摇滚,在软岩,但软岩具有更好的抗变形能力。

至于SHCRS,软到硬厚度比减少,荷载位移曲线的初始刚度的增加,峰值负载的增加,但增加幅度逐渐减小,和位移峰值负载的增加首先然后减少。从图可以看出19的峰值负载软到硬厚度比(7:3、5:5、3:7)SHCRS中增加了111.54%,223.08%,和248.72%,分别比软岩。首先因为浅软岩段熊负载和软岩的键的强度很弱,负荷主要是由硬岩段。用坚硬的岩石厚度的增加,锚定系统的承载力逐渐增加,但增加幅度减少,表明存在一个极限锚固长度。

至于HSCRS,坚硬的岩石段熊负载首先和荷载位移曲线显示几乎相同的初始刚度,但坚硬的岩石厚度的减少,峰值荷载和峰值位移峰值负载减少。从图可以看出19的峰值负载hard-to-soft厚度比(7:3、5:5、3:7)下降了6.18%,17.09%,和41.27%,分别和位移峰值负载下降了34.78%,56.52%,和73.91%,分别,相比之下,在坚硬的岩石。结果表明,坚硬的岩石厚度的增加对梁进行HSCRS几乎没有影响低负荷下的早期阶段撤出。随着负载的增加,债券接口将进入软化剥离阶段和剪切应力峰值逐渐转移到深。然而,深部软岩段的界面剪切应力是由于小相对滑动。一旦剥离硬岩段,软岩段很难承受更高的负载。负载将与短位移降低到一个较低的水平。因此,有效锚固长度是只在浅HSCRS硬岩段,和锚固长度的深部软岩段几乎没有对锚定效应的影响,相当于减少锚固段的长度。工程支持的设计应确保锚端位于一层稳定的坚硬的岩石,以确保良好的锚定效应。

5.4。层数

层数的分布格局的影响将在本节中讨论。SHCRS是作为一个例子。锚杆的锚固长度是1米,分为两层,四层,六层和八层,积累软或硬石层的总厚度是0.5米。典型的荷载位移曲线如图20.。随着层数的增加,硬摇滚更接近装运结束,导致更大的曲线的初始刚度和较小的荷载位移曲线的非线性部分。结果表明,峰值负载随层数的增加,但降低幅度减少。当层数是2,峰值负载是252 kN,和相应的位移为1.4毫米。当层数4、峰值负载211 kN,下降了16.3%,和相应的位移是1.1毫米,这是下降了21.4%;层数为6时,峰值负载196.8 kN,下降了21.9%,和相应的位移是1毫米,下降了28.6%。当层数是8,峰值负载是187 kN,下降了25.8%,和相应的峰值位移是0.9毫米,这是下降了35.7%。因此,支持系统与薄层和多层围岩将比均质岩体的疾病更危险。

6。结论

摘要债券界面的粘结滑移关系从拉拔力实验数据获得在均质软岩和硬摇滚,分别。输入到数值模型的粘结滑移关系,鱼。岩性序列的影响,层厚度比和层数对锚固系统的力学性能是通过大量的模拟测试。根据分析结果,结论如下。(1)在同样的锚固长度,硬摇滚的粘结强度是明显优于软岩,但在软岩锚定系统具有更好的抗变形性。硬岩段熊主要外部负载在软、硬复合岩层。软岩和硬岩中不同界面粘结强度导致剪切应力曲线和轴向力曲线显示突变摘要或软硬接口。(2)在相同层数下,岩性序列和层厚度比的承载力的主要影响因素是锚定系统。SHCRS的锚定系统具有更高的承载能力和抗变形性比HSCRS。至于SHCRS,肤浅的软岩段熊部分负载和主要提高了抗变形性。至于HSCRS,有效锚固长度只有肤浅的硬摇滚节中,锚固长度的深部软岩段几乎没有影响锚固系统的承载能力,相当于减少锚固段的长度。因此,工程支持的设计应确保锚端位于一个稳定的坚硬的岩石地层尽可能确保良好的锚固效果。(3)的增加软到硬SHCRS厚度比、荷载位移曲线的初始刚度和峰值负载不断减少。越接近硬摇滚是装运结束,荷载位移曲线的初始刚度越大。荷载位移曲线显示了相同初始刚度不同很难在HSCRS软厚度比。作为HSCRS hard-to-soft厚度比增加,峰值荷载和峰值位移峰值负载增加。坚硬的岩石厚度越大,峰值负载越大。(4)在相同锚长度,高峰负荷减少随着层数的增加,但减少幅度减少。随着层数的增加,硬摇滚更接近于装运结束,导致更大的初始刚度和较小的荷载位移曲线的非线性部分。因此,薄层和多层围岩锚固系统将比均质岩体的疾病更危险。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢提供的金融支持中国的国家自然科学基金(51674250和51674250号),中国国家自然科学基金重大项目(没有。51734009),中国博士后科学基金会(没有。2019 m652018),国家重点研究和开发项目中国没有。2019 yfc1904304)。作者真诚地承认前研究人员对他们的优秀作品,这大大帮助我们的学术研究。

引用

1. h . d . Li Masoumi、美国Saydam和p·c·哈根”修改电缆螺栓轴向载荷作用下的机械特性描述:一个广泛的参数研究,“岩石力学和岩石工程,51卷,不。9日,第2910 - 2895页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. n .哈根·克雷格·a·Mirzaghorbanali et al .,“封装在岩石锚杆支护的质量,影响因素”岩石力学和岩石工程卷,49号8日,页1 - 15,2016。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 江y Cai, t .江崎,y,“锚杆和岩体相互作用模型”,国际岩石力学和采矿科学杂志》上第41卷。。7,1055 - 1067年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. y Cai, t .江崎,江y”分析模型来预测在灌浆锚杆轴向载荷对软岩隧道,”隧道与地下空间技术,19卷,不。6,607 - 618年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 江y, y Cai i Djamaluddin, t .江崎”分析模型考虑交互行为灌浆的岩石螺栓convergence-confinement方法在隧道设计中,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,76年,第126 - 112页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. A Iura和h . Soroush”的理论方法分析灌浆成因和岩石之间的交互质量,”隧道与地下空间技术,20卷,不。4、333 - 343年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. g .兴周c、t·吴和b . Liu”试验研究普通钢筋和混凝土之间的债券行为,”材料科学与工程的发展ID 604280条,卷。2015年,9页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 刘和p . k .凯撒”,粘结强度螺栓灌浆电缆。”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘卷,29号3、279 - 292年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. a . j . Hyett w·f·Bawden, r·d·Reichert”的影响岩体监禁的键的强度,完全灌浆电缆螺栓,”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘卷,29号5,503 - 524年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. A . j . Hyett w·f·Bawden, g . r . Macsporran”本构律债券的失败fully-grouted hoek电缆螺栓使用修改后的细胞,”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘,32卷,不。1,11-36,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. a . j . Moosavi m . Moosavi和w·f·Bawden”沿着完全灌浆螺栓载荷分布,与强调电缆螺栓加固,“国际期刊的数值,在地质力学分析方法,20卷,不。7,517 - 544年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m . Moosavi“全面比较债券在岩石破坏机理螺栓、螺栓和电缆”第九届国会ISRM学报》上,页1463 - 1466年,巴黎,法国,1999年8月。视图:谷歌学术搜索
13. m . Moosavi负载分配切题的完全Goruted电缆螺栓基于Constituitive模型获得修改Hoek细胞加拿大金斯顿皇后大学,1997。
14. m . Moosavi w·f·Bawden, a . j . Hyett”债券失败和负载分配机制完全灌浆cable-bolts,”挖掘技术,卷111,不。1、1 - 12,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. a . Kılıc大肠Yasar, a·g·侯赛因”灌浆特性的影响完全灌浆锚杆的抗拔承载力,”隧道与地下空间技术将非开挖技术的研究,17卷,不。4、355 - 362年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. Thenevin, l . Blanco-Martin f . Hadj-Hassen j . Schleifer z Lubosik,和a . Wrana”实验室的拉拔力测试完全灌浆的岩石螺栓和电缆螺栓:结果和经验教训,”《岩石力学与岩土工程,9卷,不。5,843 - 855年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. p . j . Chen c·哈根,s . Saydam”样品直径影响粘结能力完全灌浆电缆螺栓、”隧道与地下空间技术卷,68年,第243 - 238页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. b .来自Amadei w z野蛮,h . s . Swolfs“重力应力各向异性岩体,”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘,24卷,不。1、为5 - 14,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. m . t .勇、c·k·明和c·h·Juang”的试验研究模拟了横向各向同性岩石的破坏机理,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上,43卷,不。8,1163 - 1181年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. D.-P。徐,X.-T。冯,D.-F。陈,C.-Q。张,Q.-X。粉丝,“本构表示和损伤程度指数分层岩体开挖响应在地下的开口,“隧道与地下空间技术卷,64年,第145 - 133页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 郭y y, b . Wu, h·杨”数值研究撤军GFRP锚杆的失败,”材料科学与工程的发展卷,2017篇文章ID 3025804, 11页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Salcher和r . Bertuzzi拉力测试的结果的岩石螺栓和电缆螺栓在悉尼砂岩和页岩,”隧道与地下空间技术卷。74年,60 - 70、2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a . Teymen和a . Kılıc灌浆强度对应力分布的影响(拉伸)fully-grouted成因后,“隧道与地下空间技术卷,77年,第287 - 280页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. i . w .农民,“应力分布以及树脂灌浆的岩石锚。”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘,12卷,不。11日,第351 - 347页,1975年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. o . Aydan y市川和t .川,“负荷能力和压力分布与非弹性行为的接口/以及成因,”第五届国际研讨会论文集在地质力学数值方法1985年4月,名古屋,日本。视图:谷歌学术搜索
26. O。Aydan, y市川和t .川”,通过灌浆加固岩土工程结构的成因后,”《工程国际研讨会在复杂的岩层,第738 - 732页,北京,中国,1986年11月。视图:谷歌学术搜索
27. 李c和b . Stillborg,”分析模型对岩石螺栓,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上,36卷,不。8,1013 - 1029年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. b . Benmokrane a Chennouf, h·s·米特里“实验室评价水泥基水泥浆和灌浆的岩石锚,”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘,32卷,不。7,633 - 642年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. f . f . Ren, z . j .杨j . f . Chen和w·w·陈,“全程灌浆的行为成因的分析分析基于钢筋粘结滑移模型,”建筑和建筑材料,24卷,不。3、361 - 370年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. j .戴t建筑师,佐藤y”发展债券stress-slip非线性模型的纤维增强塑料sheet-concrete接口用一个简单的方法,”复合材料学报建设,9卷,不。1、52 - 62年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. j .戴t建筑师,佐藤y”统一分析方法确定剪力键的特点通过撤军FRP-concrete接口测试,”先进的混凝土技术杂志》上,4卷,不。1,第145 - 133页,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. Y.-W。周,Y.-F。吴,y Yun”在FRP-concrete界面的粘结滑移关系的分析建模adhesively-bonded关节,“复合材料B部分:工程第41卷。。6,423 - 433年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. 美国马、j . Nemcik和n .阿齐兹”分析模型的完全灌浆的岩石螺栓承受拉伸载荷,”建筑和建筑材料49卷,第526 - 519页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. b·马丁·l·t·米歇尔,Hadj-Hassen”一个新的解析解完全灌浆的机械行为成因进行拉拔力测试,”建筑和建筑材料,25卷,不。2、749 - 755年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. l·b·马丁f . Hadj-Hassen m . Tijani et al .,”一个新实验和分析研究完全灌浆成因后,”美国第45岩石力学/地质力学学报》研讨会11 - 16页。美国岩石力学协会,旧金山,CA,美国,2011年6月。视图:谷歌学术搜索
36. 朱马,x, w .秦et al .,“决心完全灌浆的粘结滑移关系的成因后,“环境地球科学,卷77,不。9日,1 - 12,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. n .功效,d·克鲁斯,《福布斯》,“利用一种新颖的光纤技术捕捉完全灌浆的岩石螺栓的轴向响应,“《岩石力学与岩土工程,10卷,不。2、222 - 235年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. 伊塔咨询集团快速的语言分析继续在三维空间中,5.0版本,用户手册,伊咨询集团公司,明尼阿波利斯,MN,美国,2012年。
39. j . Nemcik美国马:阿齐兹,耿x,”中的数值建模的故障传播完全灌浆的岩石螺栓承受拉伸载荷,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,71年,第300 - 293页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. 朱h . g .荣,c .周”工作机制的测试研究全灌浆螺纹螺栓钢和光滑的钢铁,“中国岩石力学与工程学报,23卷,不。3、469 - 475年,2004页。视图:谷歌学术搜索
41. w·陈和f .任复合岩栓竹节钢筋的力学行为、兰州大学、兰州,中国,2008。

版权

版权©2020李宁等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。