锚固机理的模型试验研究及其颗粒流数值模拟

论文摘要

预应力锚固技术在岩土加固的各个领域中已经得到了广泛的应用,并取得了巨大的经济效益和社会效益。但是目前,对于预应力锚固效应的理论和试验研究仍局限在连续介质力学和宏观试验的层面上,根本无法从本质上揭示锚固效应的细观机制。即使在大量的宏观试验中,由于受到试验条件的限制,也并不能全面地的分析和研究整个锚固段截面上的应力和变形规律。本文通过室内模型试验和颗粒流(PFC2D)数值分析方法,从细观角度对锚固体系在静荷载作用下的应力场和位移场进行分析,主要取得了以下几方面的研究成果:（1）利用室内模型试验,通过预先埋设的自制应变测量元件测量锚杆体、注浆体、围岩等的应变,进而分析单根锚杆在静荷载作用下随预应力的不断增大沿杆体的轴力的分布规律以及各界面的剪应力变化规律。（2）利用数字照相变形量测无标点法,分析了锚杆体和杆体周围岩体位移场和剪应力场的分布状况。（3）利用颗粒流理论建立合理的计算机仿真模型,利用并开发PFC2D颗粒流数值分析软件,对锚固体系在静荷载作用下的应力、应变规律、荷载—位移特性、破坏模式等进行数值模拟计算,并将计算结果与室内模型试验进行比较分析,进一步认识预应力锚索的锚固机理和破坏模式。论文最后对今后需要进一步研究的问题及方向提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 预应力锚固荷载传递机理研究
• 1.2.2 锚固段粘结滑移特性研究
• 1.2.3 预应力群锚锚固效果的研究进展
• 1.2.4 锚固数值模拟的进展
• 1.3 本论文研究的目的和意义
• 1.3.1 课题研究目的
• 1.3.2 理论意义和实际应用价值
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本文主要创新点
• 第二章 颗粒流理论和数字照相变形量测技术简介
• 2.1 颗粒流理论
• 2.1.1 颗粒流方法产生的背景
• 2.1.2 颗粒流方法的基本思想
• 2.1.3 颗粒流方法的基本假设
• 2.1.4 颗粒流方法的特点
• 2.1.5 颗粒流的基本理论
• 2.1.6 颗粒流方法的解题步骤
• 2.2 数字照相变形量测技术
• 2.2.1 数字照相变形量测技术的分类及其特点
• 2.2.2 标点法
• 2.2.3 无标点法
• 2.3 本章小结
• 第三章 静荷载作用下锚固效应的模型试验研究
• 3.1 模型试验
• 3.1.1 模型试验的相似原理
• 3.1.2 模型材料的选用及尺寸的确定
• 3.1.3 量测元件的制作与埋设
• 3.2 模型测试断面
• 3.2.1 模型内部应变测量
• 3.2.2 数字照相变形量测图像的获取
• 3.3 锚固体内锚固段轴力变化规律分析
• 3.4 内锚固段注浆体与围岩界面剪应力分布状态
• 3.5 杆体与注浆体界面剪应力分布状态
• 3.6 数字照相变形量测图像分析
• 3.6.1 位移场的发展
• 3.6.2 锚固体剪应变场发展
• 3.7 本章小结
• 第四章 锚固机理的颗粒流数值模拟
• 4.1 数值模拟试验力学模型的建立
• 4.2 数值模拟试验数据的获取方法
• 4.3 模拟试验结果分析
• 4.3.1 极限张拉荷载的确定
• 4.3.2 锚杆体位移与张拉荷载关系分析
• 4.3.3 颗粒位移与位移分析
• 4.3.4 剪应力沿内锚固段长度的变化
• 4.3.5 剪应力随距离的变化
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表