大变形破碎岩体中锚杆的支护作用及应用技术研究

论文摘要

随着国民经济的迅速发展、西部大开发战略的实施,公路建设向地形、地质条件复杂的山岭地区发展,穿越大变形破碎岩体的长、大隧道不断涌现,对其采取有效合理的支护措施显得十分紧迫与重要。而锚杆作为地下工程主要支护形式之一,对隧道稳定起着重要作用,特别是在节理、裂隙发育的破碎岩体中,其对岩体的加固作用明显。然而,对锚杆支护技术及理论的研究仍处于发展阶段,特别是在大变形破碎岩体中其作用机理还需要作进一步的研究分析。本文以FLAC 3D数值模拟为主要研究手段,对锚杆在大变形破碎岩体中支护作用进行研究分析,主要结论如下：1、通过选用不同材料本构模型进行数值模拟,对隧道开挖后变形及塑性区进行比较分析,得出大变形破碎岩体选用应变硬化-软化模型能够更好反映围岩变形特征。2、通过大变形破碎岩体条件下锚杆的数值模拟分析,得出了锚杆在大变形破碎岩体中支护作用明显,能够有效控制隧道变形,在该条件下锚杆的作用机理是组合拱作用与悬吊作用共同作用的结果。3、通过对锚杆在实际工程中的应用效果进行分析,验证了锚杆在大变形破碎岩体中支护作用；同时通过数值模拟与监控量测对比分析,得出了两者存在的差异并对其原因进行归纳总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 锚杆作用机理研究现状
• 1.2.2 大变形破碎岩体的定义
• 1.2.3 隧道围岩大变形支护技术研究现状
• 1.3 研究内容、手段及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究手段及技术路线
• 第2章 锚杆的力学机制分析
• 2.1 锚杆的种类及其特征
• 2.1.1 锚杆的含义
• 2.1.2 锚杆的种类及其特征
• 2.2 锚杆的支护基本理论
• 2.2.1 传统锚杆支护理论
• 2.2.2 锚杆支护理论的新发展
• 2.3 锚杆的作用力分析
• 2.3.1 锚杆失效类型
• 2.3.2 锚杆的作用力分析
• 2.3.3 锚杆承载能力的计算
• 2.4 锚杆的作用力对锚固体力学性质的影响
• 2.4.1 锚固体内聚力的变化
• 2.4.2 锚固体内摩擦角的变化
• 2.4.3 锚固体横向抗压强度的变化
• 2.4.4 锚固体抗弯强度的变化
• 2.4.5 锚固体变形模量的变化
• 2.5 本章小结
• 第3章 大变形破碎岩体力学机制分析
• 3.1 大变形隧道的分类及变形特征
• 3.1.1 工程实例
• 3.1.2 变形破坏特征
• 3.1.3 大变形隧道的分类
• 3.2 挤压性围岩大变形的机制分析
• 3.2.1 挤压性围岩大变形的工程特征
• 3.2.2 挤压性围岩大变形的破坏机理分析
• 3.2.3 隧道发生挤压性围岩大变形的影响因素
• 3.3 围岩稳定力学状态分析
• 3.3.1 考虑软化的大变形破碎岩体的解析分析
• 3.3.2 大变形破碎岩体的FLAC数值模拟分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 锚杆在大变形破碎岩体中数值模拟分析
• 4.1 锚杆的数值模拟方法
• 4.1.1 现有数值分析方法模拟锚杆支护存在的问题
• 4.1.2 几种数值模拟软件的锚杆模拟比较
• 4.2 显式有限差分法FLAC中锚索（Cable）单元
• 4.2.1 锚索（Cable）单元力学性能
• 4.2.2 锚索（Cable）单元的参数
• 4.3 锚杆在大变形破碎岩体中数值模拟分析
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 计算参数的选取
• 4.3.3 计算方案
• 4.3.4 计算结果分析
• 4.3.5 大变形破碎岩体中锚杆作用机理分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 工程实例应用分析
• 5.1 锚杆在乌鞘岭隧道工程中的应用
• 5.1.1 工程地质概况
• 5.1.2 隧道大变形特征
• 5.1.3 锚杆的应用分析
• 5.2 隧道大变形的控制技术
• 5.3 隧道穿越大变形破碎岩体的施工力学行为研究
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 参数的选取
• 5.3.3 计算结果分析
• 5.4 数值模拟结果与监控量测数据对比分析
• 5.4.1 隧道变形结果对比分析
• 5.4.2 锚杆轴力对比分析
• 5.4.3 有限差分软件数值模拟存在的问题
• 5.5 本章小结
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果