基于層狀材料復合理論的加錨巖體等效彈性性質的研究.pdf

1、自從噴錨支護技術在地下工程施工中采用以來，使巖體支護加固的觀點從被動支護發(fā)展到主動和共同支護上來。錨噴支護技術充分利用了洞室圍巖的自承能力并且在巖土工程中被廣泛采用。但是，目前國內(nèi)外對錨桿支護的理論研究和設計還不夠成熟，工程設計主要靠經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法(如“工程類比法”等)進行，或依靠現(xiàn)場量測獲得的信息，反饋設計，指導施工。目前，對錨桿支護機理的研究主要集中在對單根錨桿周圍圍巖的應力、變形的分布上。盡管在研究的尺度上有所不同，但復合材料力

2、學研究纖維加固的方法和思想對巖體－錨桿支護系統(tǒng)加固機理的研究仍然具有一定的參考價值。如果可以通過支護復合材料支護理論分析這種材料整體的彈性力學性能，那么就可以為加固后的巖體穩(wěn)定性計算提供方便和有效的計算參數(shù)，并為錨桿支護中新材料的選擇和地下洞室設計過程中錨桿支護參數(shù)的確定提供理論支持，使支護系統(tǒng)的設計更加經(jīng)濟、合理和有效。 本文在M.D.G.SALAMON及C.M.GERRARD等人研究的基礎上，討論了層狀組分材料性質分別為各向

3、同性、橫觀各向同性、正交各向異性、各向異性情況下的層狀復合材料的等效彈性性質。將巖體－錨桿支護系統(tǒng)看作是由三種不同的組分材料：巖體、錨桿和水泥砂漿所組成的復合支護系統(tǒng)。為了研究巖體－錨桿支護系統(tǒng)的加固機理以及這種支護復合材料的整體彈性性質，通過細觀力學的分析，結合力的平衡、變形協(xié)調(diào)、應變能相等的條件，建立支護復合材料的等效均勻材料正交各向異性的彈性力學模型，并根據(jù)組分材料的彈性性質、錨桿的平面布置用積分形式推導出支護復合材料等效彈性性質

4、的表達式。在此基礎上，討論了巖體力學性質、錨桿直徑、錨桿平面布置、粘結材料力學性質等因素變化對支護復合材料力學性質的影響。 分析表明，巖體的彈性模量越小，質量越差，則加固后巖體的彈性模量增加幅度越大，這就說明了錨桿對軟弱巖體的力學性質的改善較堅硬巖體明顯。 錨桿直徑增大而其他參數(shù)保持不變時，巖體錨桿支護系統(tǒng)復合材料的力學性質彈性模量隨著直徑的增大而有所提高，但等效強度常數(shù)變化幅度較小。 通過同時改變錨桿的間排距情