目錄TOC\h\z\t"樣式100,1,樣式101,2,樣式31,3"1礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 頁(yè)表4錨桿失效后的鉸接距離和角度試驗(yàn)β（deg）α(deg)α平均值（deg）誤差α（deg）AB（cm）AB平均值（cm）誤差A(yù)B（cm）1A0504.70.51A0445.62A0474.82A0373.22B15345.50.42B15435.43B15435.03B15395.41C30254.80.21C30165.01C30305.21C30234.42C30253.82C30383.02C30295.62C30333.23C30236.63C30335.23C30256.03C30215.61D45154.70.31D45193.41D45184.02D45215.62D45253.82D45253.82D45244.03D45165.23D45196.63D45225.23D45244.2圖9失效錨桿角度的變化圖10塑性鉸接間距離的變化分析在試驗(yàn)過(guò)程中記錄的應(yīng)變數(shù)據(jù)，它可以驗(yàn)證錨桿以下的特性：錨桿和節(jié)理面的交叉點(diǎn)反應(yīng)為反對(duì)稱(chēng)應(yīng)力和應(yīng)變；在小距離節(jié)理（8-10厘米）處，錨桿彎矩可以忽略不計(jì)；錨桿的拉伸應(yīng)力迅速下降，并消失在節(jié)理30-45厘米處；塑性鉸接對(duì)應(yīng)力傳播和它們之間變形量的增加產(chǎn)生障礙；鉸接形成的明顯特點(diǎn)是，錨桿一端壓縮，另一端拉緊。此外，16和20毫米直徑的錨桿之間的比較表明，增加錨桿直徑時(shí)，加固系統(tǒng)的剛性明顯增加，這主要是由于面積的增加（見(jiàn)圖12）。圖11測(cè)量錨桿上下表面（虛線）的變化圖12加固節(jié)理的力學(xué)特性的直徑的影響5.3DFEM模型為了更好地了解實(shí)驗(yàn)室測(cè)試錨桿的變形機(jī)制，我們利用一個(gè)三維有限元（FEM）代碼，ZSOIL_3D模擬剪切試驗(yàn)。兩個(gè)3000多元素和4000多節(jié)點(diǎn)的3D模型被使用。他們用通過(guò)一個(gè)橫錨桿加固圍巖節(jié)理的10×40×20厘米的平行六面體表示。離散區(qū)的位置，邊界和負(fù)載條件如圖13所示。由于縱軸的對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)變計(jì)測(cè)量已被證實(shí)，在模擬期間僅僅需要考慮系統(tǒng)的一半。實(shí)驗(yàn)觀察讓我們意識(shí)到低負(fù)荷時(shí)，核心材料的優(yōu)勢(shì)作用。故，我們決定采用彈性元件材料（見(jiàn)表5），而垂直節(jié)理分開(kāi)的混凝土塊，表面接觸（錨桿/注漿或錨桿/混凝土）是由理想彈性接觸單元模擬的。凝聚力，摩擦角，界面膨脹角的數(shù)值，見(jiàn)表6。表5所用材料的楊氏模量和泊松比材料E(GPa)V鋼筋2100.2注漿140.25混凝土300.2表6接觸單元的力學(xué)特性接觸屬性cj(kPa)?j(deg)ψj(deg)巖石/巖石接觸0400鋼筋/注漿接觸250500注漿/巖石接觸完全接觸圖13網(wǎng)格3D-FEM計(jì)算6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和有限元模擬比較Tv達(dá)到200kN垂直載荷時(shí)，三維有限元模型模擬鋼管加固塊的特性，相當(dāng)于加固系統(tǒng)的彈性特性。模擬獲得的0.33毫米的垂直位移和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)相似（見(jiàn)圖5）。然而，在節(jié)理附近計(jì)算的空心錨桿的徑向變形是實(shí)心鋼筋的2倍：0.02毫米與0.01毫米。變形的模型顯示了錨桿和注漿或者巖石接觸面的失效區(qū)（去耦）。在垂直的巖石節(jié)理的每一邊，此區(qū)域在實(shí)心錨桿情況下大概60毫米，空心錨桿大概80毫米（見(jiàn)圖14）。偏應(yīng)力J2的輪廓（第二偏應(yīng)力不變）如圖15所示。J2的高值對(duì)應(yīng)塑性區(qū)的延展。根據(jù)這種形式的加固，兩種非常不同的現(xiàn)象產(chǎn)生。對(duì)于實(shí)心錨桿，J2的高值位于剪切面兩側(cè)約25毫米處。這兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩個(gè)塑性鉸接的延展。在兩個(gè)塑性鉸接之間的錨桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)變形，直到拉伸破壞。J2的另一個(gè)高值在錨桿端口和節(jié)理面（見(jiàn)圖16）。觀察空心錨桿，J2的最大值集中在管內(nèi)表面剪切面和水平面的交點(diǎn)（見(jiàn)圖15）。在這種情況下，失效位于巖石節(jié)理表面，它本質(zhì)上是由于剪切造成的。錨桿軸向應(yīng)變分布如圖17所示。在實(shí)心錨桿情況下，它們更小，更集中。這是由于這兩種類(lèi)型的錨桿和巖塊之間的界面摩擦性能的差異造成的。圖14該模型顯示失效在Swellex和巖石的交界表面，而全鋼筋錨桿失效發(fā)生在錨桿/注漿交界面圖15有限元模型清楚地顯示全鋼筋錨桿和空心錨桿（Swellex）在剪切應(yīng)力下機(jī)械特性的差異圖16偏應(yīng)力J2的輪廓（第二偏應(yīng)力不變），J2的值對(duì)應(yīng)較高的塑性區(qū)的發(fā)展圖17錨桿的軸向應(yīng)變7.總結(jié)充分注漿錨桿出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的巖石節(jié)理塑性鉸接的增長(zhǎng)，它們的作用阻礙了壓力增加。在它們發(fā)生之后，可以觀察到，它們之間區(qū)域發(fā)生塑性變形，直至破壞。另一方面，沒(méi)有注漿，以及它們的中空形態(tài)，使Swellex錨桿自由工作。事實(shí)上，管子在節(jié)理表面附近發(fā)生塑性屈服，在管的內(nèi)表面產(chǎn)生兩個(gè)塑性區(qū)。此外，特定形狀的Swellex錨桿允許部分發(fā)生大的變形。實(shí)驗(yàn)曲線表明兩種錨桿類(lèi)型的三個(gè)相似階段，并且他們對(duì)加固系統(tǒng)的剪切強(qiáng)度也產(chǎn)生相似作用。然而，實(shí)心錨桿在第一階段（彈性變形階段）達(dá)到最大變形的75%，第二階段（塑性變形階段）為15%，而當(dāng)Swellex錨桿變形時(shí)，第一階段變形量為20%，第二階段為50%（見(jiàn)圖5）。實(shí)心鋼錨桿的抗剪強(qiáng)度高于空心錨桿。然而，對(duì)于錨桿失效時(shí)的位移，空心錨桿是實(shí)心注漿錨桿的兩倍。通過(guò)測(cè)試兩種不同類(lèi)型的錨桿獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所提供的有用數(shù)據(jù)，來(lái)驗(yàn)證分析和數(shù)值模擬。用彈塑性接觸單元進(jìn)行三維有限元分析，模擬在不同的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中獲得的加固節(jié)理的特性。塑性鉸鏈的形成和發(fā)展被非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。有助于分辨兩種錨桿特性上的差異的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，對(duì)它們不同形式的破裂，給出了一個(gè)明確的解釋。充分注漿錨桿失效主要是由于兩個(gè)塑性鉸鏈之間的集中牽引，而管失效的最主要原因是剪應(yīng)力集中作用在節(jié)理表面。參考文獻(xiàn)[1]KovariK.噴混凝土襯砌方法歷史—第二部分：20世紀(jì)60年代的里程碑.隧道與地下空間技術(shù)，2003，18：71-83[2]BjurstromS.注漿非張緊錨桿的堅(jiān)固巖石節(jié)理的抗剪切強(qiáng)度.國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)第三次代表大會(huì)，美國(guó)丹佛，1974,1194-9[3]PellsPJN.完全粘結(jié)錨桿的特性.國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)第三次代表大會(huì)，美國(guó)，丹佛，1974,1212-7[4]FarmerIW.樹(shù)脂注漿錨桿的應(yīng)力分布.國(guó)際巖石力學(xué)閔科學(xué),1975,12:347-51[5]DunhamDK.樹(shù)脂錨桿的安克雷奇應(yīng)變測(cè)試.隧道掘進(jìn)，1976,8:73-6[6]HibinoS，MotijamaM.節(jié)理巖石錨桿支護(hù)的影響.軟巖國(guó)際研討會(huì)，日本東京，1981，1057-62[7]DightPM.露天礦山巖壁穩(wěn)定性的改善.澳大利亞，莫納什大學(xué)，博士，1982[8]GazievEG，LapinLV.被動(dòng)錨桿巖石節(jié)理的剪切應(yīng)力.錨桿支護(hù)