發(fā)布時間：2019-01-08 17:32

【摘要】：斷續(xù)節(jié)理巖體的破裂演化及錨固控制是巖體力學(xué)與工程界研究的熱點與難點問題之一,盡管現(xiàn)有的研究成果取得了許多進(jìn)展,但仍存在大量難題未得到合理解決。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目(51074162,51179189),采用物理模型、數(shù)值計算、理論分析與現(xiàn)場驗證等研究方法,深入系統(tǒng)地對斷續(xù)節(jié)理巖體破裂演化特征及錨固控制機(jī)理這一科學(xué)問題進(jìn)行了研究。主要研究成果與結(jié)論如下： (1)研制了大尺度(500mm×500mm×480mm)的三維巖體錨固模擬試驗系統(tǒng),該系統(tǒng)具有完備的加載、約束及量測功能,能夠真實再現(xiàn)巖體試件的加載、變形及破壞的全過程,同時通過自行研制的高精度微型錨桿端部測力計及光纖光棚測力錨桿,可以實現(xiàn)在試驗過程中對錨桿受力全過程進(jìn)行實時監(jiān)測；設(shè)計了多組節(jié)理的制作方法,并成功的制作了模具；研制了較為理想的模擬斷續(xù)節(jié)理巖體的相似材料,具有組分簡單、力學(xué)性能穩(wěn)定、參數(shù)可調(diào)、無毒無污染、價格低廉等優(yōu)點。 (2)通過對斷續(xù)節(jié)理巖體的單軸壓縮試驗,獲得了無錨斷續(xù)節(jié)理巖體的破裂演化規(guī)律：峰值強(qiáng)度、極限應(yīng)變和峰后0.7σc時的試件中部核心承載區(qū)寬度,均隨節(jié)理傾角的增大先減小后增加；次生裂隙的起裂位置主要是試件的四周,且以張開型和拉剪型裂隙為主起裂應(yīng)力隨節(jié)理傾角呈線性增加關(guān)系；節(jié)理傾角為60°時的巖體單位體積破壞所消耗的能量最小,小于60°時,角度越小消耗的能量越大,反之則相反；節(jié)理傾角小于45°時,巖橋主要以張拉破壞和拉剪破壞為主,隨著傾角的增大,巖橋發(fā)生剪切破壞的比例增加；低角度(0°≤α＜45°)節(jié)理巖體主要以拉伸或拉剪破壞為主,高角度(α≥45°)沿預(yù)制節(jié)理面剪切破壞。 (3)采用研制的試驗系統(tǒng),對不同傾角的斷續(xù)節(jié)理巖體進(jìn)行模擬試驗研究,發(fā)現(xiàn)了錨固體的強(qiáng)度主要由巖體的強(qiáng)度、錨桿預(yù)緊力引起的初始等效約束應(yīng)力(σ3i)以及錨桿變形過程中產(chǎn)生的等效約束應(yīng)力(σ3b)所貢獻(xiàn)的強(qiáng)度組成；建立了巖體峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與裂隙傾角、錨桿密度之間的函數(shù)關(guān)系式,并成功用于巷道工程設(shè)計,取得了良好的效果。σρ=4.543+1.412ρ-2.146ρ2+1.564ρ3-0.02146α-8.006×10-4α2+1.307×10-5α3σR=3.624+2.039ρ-2.263ρ2+1.499ρ3-0.005564α-1.41×10-4α2+2.267×10-6α3 (4)研究了錨固體的彈性模量、泊松效應(yīng)及體積應(yīng)變與加錨密度、預(yù)制節(jié)理傾角之間的關(guān)系：即彈性模量隨加錨密度總體呈非線性增長；同一傾角情況下應(yīng)力峰值時的廣義泊松比與水平方向應(yīng)變隨錨桿密度增大而增大；巖體的強(qiáng)度峰值點與體積膨脹起始點并不完全一致,多數(shù)情況下巖體強(qiáng)度峰值滯后于體積應(yīng)變峰值；錨桿可明顯抑制剪切破壞的發(fā)生,但對拉伸破壞的抑制作用偏弱。 (5)分析了錨桿的受力演化及分布特征,揭示了全長錨固錨桿的群錨機(jī)理：低密度錨桿主要由桿體的中外段承載,自身受力和對圍巖的約束力都存在明顯的分布不均現(xiàn)象錨固體容易出現(xiàn)薄弱的關(guān)鍵部位,而高密度錨桿能充分調(diào)動桿體內(nèi)錨段的承載性能,改善每根錨桿和圍巖的受力狀態(tài)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2404913