用ANSYS软件对锚杆-锚固剂-岩体有限元数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS对锚杆-锚固剂-岩体的界面力学特性进行模拟分析.在模拟过程中,建立弹簧模型来模拟锚固剂,通过弹簧的F-D曲线来定义锚固剂的粘结强度.模拟得到锚杆和岩体之间界面的应力分布规律,与界面力学理论相符合.表明采用由非线性弹簧单元Cornbinatiort39构置的连接单元及单元生成等相关技术可较好实现粘结滑移的数值模拟.     

围岩性质对树脂锚杆锚固性能影响的研究

运用数值模拟方法分析了树脂锚固剂锚固界面上剪应力大小在不同性质围岩情况下的分布规律,指出对于不同性质的围岩,锚杆拉拔载荷对锚杆锚固性能影响较大,锚杆锚固长度与锚固剂厚度对锚杆锚固性能影响较小,同时在载荷保持不变的情况下,锚杆与树脂锚固剂界面处的剪应力峰值随着围岩弹性模量的增加而增加,剪应力峰值越大,岩体越容易屈服。     

螺纹钢锚杆锚固岩石拉拔试验过程精细化数值模拟研究北大核心

为研究螺纹钢锚杆拉拔界面力学特性及锚固结构拉拔破坏过程,在锚杆拉伸试验及数值模拟的基础上,采用有限元软件ABAQUS建立螺纹钢锚杆拉拔对称平面模型,基于界面黏结损伤模型,对螺纹钢锚杆拉拔失效全过程进行模拟。结果表明:数值模拟可还原真实螺纹钢锚杆的拉伸断裂过程,与圆钢材料拉伸断裂特征不同,螺纹钢锚杆拉伸断裂方位与肋倾角平行;不同肋间距锚杆的载荷-位移曲线说明,肋间距越小,锚固承载性能越好;锚杆横肋的存在可提高黏结接触面积,增大机械咬合力;随着拉拔载荷增加,岩体呈漏斗状由锚固前端向锚固后端逐渐破坏,界面损伤及剪应力峰值逐渐向锚固段深部移动;锚杆、岩体及界面损伤会造成锚杆拉拔载荷-位移曲线波动,损伤越剧烈,波动越明显。     

基于FLAC3D对不同荷载下锚杆锚固作用机制的数值模拟

以某铜矿为研究背景,通过室内剪切试验、点荷载试验获取岩体物理力学基本参数,用FLAC~(3D)有限元软件对锚杆锚固作用机制进行数值模拟,探究锚固体与锚杆周围应力分布规律,以及锚杆在不同条件下锚固体应力分布情况。数值模拟结果表明:得出了锚杆锚固力、剪应力沿内锚固长度的分布规律,为合理设计锚固长度提供一定的理论依据。通过对锚杆—注浆体—围岩体之间界面的数值模拟获得界面上的应力分布规律及其最大承载力。研究结果不仅有助于了解加锚岩体的力学性能,也可以为设计可靠有效的岩体锚固方案提供有利的试验数据和理论基础。     

水对树脂锚杆锚固性能影响研究

为了分析在围岩含水量比较大的巷道进行锚杆支护时,树脂锚杆锚固力降低的现象,采用实验室试验与理论分析相结合的方法研究了水对树脂锚杆锚固性能的影响。试验结果表明:顶板钻孔淋水和巷帮钻孔积水对树脂锚杆锚固性能影响较大。树脂锚杆锚固力随着模拟顶板钻孔淋水量的增加、巷帮钻孔积水率的增大呈现明显递减规律;当模拟钻孔淋水量超过600mL/min时,锚杆锚固力为无淋水时最大锚固力的10%;当模拟钻孔积水率大于49%时,锚杆锚固力为无积水时最大锚固力的30%,锚固力下降非常明显。在上述研究基础上,分析了水对煤岩体力学特性和树脂锚固剂固化反应过程的影响,提出通过提高树脂锚固剂防水性能、加大锚固长度等方法来保证围岩含水量比较大的巷道中锚杆支护效果。     

温度对树脂锚杆锚固性能影响研究

为了分析在靠近自燃发火区的巷道进行锚杆支护时,树脂锚杆锚固力降低的现象,采用实验室试验和数值模拟相结合的方法进行了温度对树脂锚杆锚固性能的影响研究。不同温度下树脂锚杆拉拔试验结果表明:温度对树脂锚杆锚固性能影响比较大,温度为25℃时树脂锚杆锚固力最大,随着模拟钻孔温度的升高,树脂锚杆锚固力呈现明显递减规律;运用FLAC3D有限差分程序对单根锚杆支护小范围锚固系统的数值模拟结果表明:岩体应力场与温度场之间存在一定程度上的耦合作用,在相同外载荷作用下,热源温度不同,岩体应力分布状态也不同。在上述研究基础上,指出温度变化对岩体物理力学性质以及树脂锚固剂固化反应过程都会产生一定的影响,并提出了不同温度环境下保证锚杆支护效果的技术途径。     

锚固参数对地震作用下岩质边坡锚固界面剪切作用影响的数值分析

基于FLAC~(3D)建立锚固岩质边坡数值分析模型,并用优化的cable单元建模分别模拟分析锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上的剪切作用,通过改变全长黏结锚杆的锚固参数(锚固角、锚固段长度、锚杆竖向间距、锚杆直径、锚孔直径),对地震作用下锚固岩质边坡锚固界面上的剪应力及动力响应规律进行研究。研究发现:在地震作用下,随着锚固角的增大,锚固界面上的峰值剪应力减小,边坡永久位移增大;当锚杆在结构面两侧的长度相等时锚杆界面的锚固作用最大化;当锚杆竖向间距减小,峰值剪应力和边坡永久位移均减小;随锚杆和锚孔直径的增大,峰值剪应力和边坡永久位移总体呈减小的趋势。在考虑安全性、经济性的前提下,建议适当减小锚固角和锚杆竖向间距,保持锚杆拉拔段与锚固段长度相等,锚杆和锚孔直径保持合理的比值。该研究可为相关理论、试验研究和锚固边坡抗震设计提供参考。     

动压软岩巷道锚杆支护探讨

对锚杆及锚固剂工作状态力学分析,动压软岩巷道在于岩体的可锚性差,锚杆的锚固力得不到充分发挥,提出了改善锚杆支护效果的技术方法。     

基于扩孔锚固的参数优化分析及力学性能试验研究北大核心

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度120 mm,最大扩孔直径58mm为最佳扩孔参数,并研发了扩孔装置。实验室锚杆拉拔对比试验表明:扩孔锚固所能提供的抗拔力显著高于正常锚固,平均锚固力增大1.63倍,且在锚固剂与钻孔围岩脱粘后,锚固力衰减较小;扩孔段锚固体对钻孔围岩具有“压密-破坏-压密”的循环过程,表现出“延性破坏”特性,避免锚固力出现较大幅度的衰减。     

钻孔积水对锚杆锚固性能弱化研究

为研究锚杆拉拔过程中钻孔积水对锚固力弱化的现象,通过对锚固体力学性能进行实验模拟和数值模拟,得出锚杆拉拔过程并建立不同力学参数下的数值模型进行模拟对比。研究发现:随着积水量的增加,锚杆拉拔力大幅下降,钻孔积水对锚固剂锚固性能弱化作用十分明显;当锚杆的力学参数一定时,锚杆的锚固效果受到锚固剂的黏结性能很大影响。数值模拟计算得到的结果与实验现象和理论分析基本一致,表明该数值软件模拟锚杆拉拔过程可行的。     

锚杆锚固对裂隙岩体力学特性影响试验研究

采用不锈钢棒作为锚杆模型材料,采用水泥砂浆,制作含30,45,60和90°倾角且长度不同的裂隙试件,进行室内单轴压缩试验,研究裂隙倾角、裂隙长度等因素对加锚裂隙岩体力学特性及变形特征的影响,锚固方式分为无锚固、全长粘结锚固及预应力锚杆锚固。试验结果表明:加锚裂隙试件的峰值强度大致与裂隙倾角成正比关系;裂隙长度对无锚试件的强度及变形特性影响较大,而对加锚试件的影响较小;与无锚试件相比,加锚试件的弹性模量、峰值强度、残余强度均有不同程度的提高,且韧性增强,表现出延性破坏特征;全长粘结锚固及预应力锚杆锚固能够显著提高裂隙岩体的力学强度,增强裂隙岩体抗变形能力,有效抑制裂纹的扩展、贯通。锚杆的"锚固嵌锁"作用,能够提高破碎岩体的完整性,增加岩土工程的整体稳定性。     

基于FLAC~(3D)精细化模拟锚杆横肋对锚固力的影响

运用Midas/GTS-FLAC~(3D)耦合建模手段,建立圆钢锚杆和螺纹钢锚杆模型,通过FLAC~(3D)数值模拟软件,研讨锚杆横肋作用机理,对比分析锚固状态下圆钢锚杆和螺纹钢锚杆在荷载相同时的锚杆-锚固剂-围岩三者之间的力学关系及变形情况。发现2种锚杆轴向应力随着深度的增加逐渐减小且当2种锚杆处于相同埋深时,圆钢锚杆的轴向应力略大于螺纹钢锚杆,所得结果与文献[1]做的相似材料模拟试验结果基本相同,因此可以通过FLAC~(3D)数值模拟软件建立的数值模型,作为深入研究横肋与锚固剂作用关系、锚固剂破坏规律以及不同岩性中锚杆横肋参数选择的一种参考办法。     

锚杆界面力学试验及剪应力传递规律细观模拟分析

锚杆界面的应力分布及传递规律的分析对巷道围岩锚固机理的研究至关重要.通过全长锚固砂浆锚杆的室内拉拔试验,测试了锚杆杆体与砂浆黏结界面之间的轴向剪应力分布规律.从细观力学角度入手,采用PFC颗粒流软件对锚杆界面力学试验进行了数值仿真模拟.结果表明,锚杆界面剪应力在轴向方向上分布不均匀,呈先增后减的形式传递,最大值位置距离...     

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性,建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型,推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程,采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法,并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上,分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征,探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律,可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性;②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大,但其锚固长度存在临界值;超过临界值后,锚杆锚固力基本不变;③随着界面剪切强度和刚度的增加,锚杆锚固力逐渐增大,中性点位置移向临空面一侧,界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集;④围岩位移释放系数越小,锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中,宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小,合理确定锚杆支护时机和长度。     

“S”型裂隙岩体锚固效果及应力场分布规律

针对裂隙岩体中的"S"型节理裂隙进行机理分析并对该节理的锚注效果进行了数值模拟研究,通过数值模拟软件FLAC3D建立单根、双根2种锚固方式下的裂隙岩体模型,并利用对FLAC3D软件不同加锚方式下裂隙岩体的力学性能进行模拟,对比分析不同锚注方式下的锚固效果和主要破坏方式。研究结果表明:加锚可有效提高裂隙岩体的强度、弹模等力学参数,改善岩体的整体力学性质,不同的锚注方式对裂隙岩体的锚注效果差别明显。对"S"型裂隙岩体加以锚杆锚固,其应力集中现象可以得到缓解,拉应力峰值也有所下降,在裂隙端部加锚杆比在裂隙中部加锚杆的锚固效果要好,特别是在峰值强度和弹模方面有较大差别,且在裂隙端部位置加锚杆在峰值强度后表现较好,对裂隙后期扩展有较好的抑制作用。该研究成果对该类型的裂隙岩体锚固提供了理论依据。     

煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析

为得到不同锚固长度煤岩锚固系统失效模式与力学性能,结合煤巷树脂黏结锚杆锚固特点,在配比出中等硬度煤岩体相似材料基础上,按照工程现场操作流程制作不同锚固长度、树脂黏结中硬煤岩锚固体,开展了室内拉拔试验。研究结果表明:锚杆载荷-位移曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、脱黏延伸阶段和完全脱黏阶段。拉拔荷载作用下,中硬煤岩锚固体失效模式主要为煤岩体与锚固剂界面间的滑移脱黏失效。随着锚固长度增加,锚杆最大抗拔力不断增加,塑性变形阶段锚杆最大抗拔力是弹性极限抗拔力的1.21~1.34倍;弹性变形阶段,锚杆轴力自锚固起始端迅速下降直至锚固尾端很小。通过张拉试验测得锚固剂与煤岩体界面剪切刚度大致为259.8~272.5 MPa/m,抗剪强度大致为1.22~1.57 MPa,为锚固系统失效模式判识和支护设计提供指导。     

树脂锚杆施工技术

树脂锚杆施工技术代国忠（长春工业高等专科学校长春１３０００２）１树脂锚杆性能特点树脂锚杆是由药卷式高分子合成树脂（通用型不饱和聚酯树脂）为锚固剂，把锚拉杆的麻花状内端与岩体钻孔孔壁紧密地粘结在一起，构成锚杆的锚固段。树脂锚杆具有承载快、锚固力大、适应...     

锚杆锚固力试验研究现状

详述了国内外锚杆锚固力的试验研究成果,包括:拉拔载荷下锚杆粘锚力的分布规律以及锚杆形状、锚固剂强度和岩体强度对粘锚力的影响;岩体特征、锚固单元特征和加载特征对加锚节理面抗剪性能的影响;锚杆长度、锚杆预紧力、树脂环体厚度及淋水、动载荷等其他因素对锚固效果的影响。讨论了锚杆锚固力试验研究中存在的问题及需进一步研究的方向。     

地下洞室锚固结构的力学特性与锚固机理研究

将岩体、金属锚杆、砂浆胶结材料看作一种锚固岩体复合增强材料,通过能量等效的原理,建立岩体复合增强材料的层状模型,定量分析和研究锚固岩体的等效力学性质。在此基础上,针对地下洞室的扇形锚固结构,认为随着锚固深度的增加,锚杆的间距也随之增加,因此地下洞室锚固岩体的等效力学性质将随着锚杆间距的变化而变化,通过上述方法可以建立起地下洞室锚固岩体的等效力学参数与锚固深度之间的函数变化关系,并利用有限元方法计算了地下洞室锚固结构的等效性质,验证了理论分析的结果。上述问题的解决将对地下洞室的扇形锚固支护中的锚固机理有更清楚的认识。     

破碎岩体锚固及承载失稳机制研究

破碎岩体锚杆支护加固作用已被普遍证明,但对荷载作用下破碎岩体锚固及承载失稳机制仍不清晰。基于此,开展系列破碎岩体锚固试验,揭示破碎岩体锚固及承载失稳机制,得出不同条件下破碎岩体稳定承载支护条件,提出破碎岩体锚固支护建议。与常规岩体锚杆支护受力特征截然相反的是,破碎岩体在荷载作用下产生变形破坏特征响应时,锚杆受力呈现逐渐衰减演化特征,锚杆支护对破碎岩体支护作用仅体现为施加预紧力产生的主动支护效应。锚固破碎岩体间呈力链结构铰接,以压力拱结构承载,拱下岩体起着支撑压力拱及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用,是压力拱能否稳定承载的关键。破碎岩体产生变形破坏响应特征时,岩体间力链结构稳定性降低,拱下岩体对压力拱支撑及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用减弱。破碎岩体锚固失稳机制表现为拱下岩体支撑作用弱化及锚杆支护作用衰减双重因素叠加诱导的结构性失稳。不同物理力学及支护参数条件,改变的是压力拱拱下岩体稳定性及其力学媒介作用,影响破碎岩体压力拱结构稳定性及锚杆支护作用。获得了不同物理力学参数条件下破碎岩体锚固稳定承载条件,提出了破碎岩体锚固支护合理建议：统计破碎岩体平均粒径,确定合理锚杆支...