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隧道锚杆支护受力分析FLAC

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命令流;=============================================== -}P,_e4JF\J-`;建模型;===============================================new6wOv*Lzwo x-NJplot create model RG E+Z^\5a)S*Kplot set title text '模型图plot set back white 4QQ{:]$Q+jplot add sketch*xI$t#?-a(`6Enplot show s{t9tJB:P.l0QI:O0{def x_rad)P;r+cI%v\nQxrad=sqrt(6.19*6.19-2.19*2.19)fxrad=-xradend tt_` g%B4\.\wx_radgen zon cylinder p0 0 0 0 p1 xrad 0 -2.19 p2 add 0 1 0 p3 0 0 6.19 p4 xrad 1 -2.19 p5 0 1 6.19 size 7 1 10 rat 1 1 1 lh @:?]3`~gen zon wedge p0 0 0 -2.19 p1 xrad 0 -2.19 p2 add 0 1 0 p3 0 0 0 p4 xrad 1 -2.19 p5 0 1 0 p6 0 0 0 p7 0 1 0 &'RL9r-G`size 5 1 7 rat 1 1 1 #~@Onzjac'c_$i^ Rg7k"^gen zon reflect dip 90 dd 90 ori 0 0 0group nsoil !xk$Qge0X!F l2Y,\~7m{Ltgen zon radcyl p0 0 0 0 p1 36.19 0 -13.311021248234213556702313453022 p2 0 1 0 p3 0 0 21.19 p4 36.19 1 &!o5l^Ha,@ _E-13.311021248234213556702313453022 p5 0 1 21.19 &p6 36.19 0 21.19 p7 36.19 1 21.19 &y6r ~1Vsp8 xrad 0 -2.19 p9 0 0 6.19 p10 xrad 1 -2.19 p11 0 1 6.19 dim 6.19 6.19 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`+^Y6U?group wsoil range group nsoil notgen zon reflect dip 90 dd 90 ori 0 0 0 range group wsoil I4B?#r4X8Wpause;=============================================== B-K4P ~j q0g;初始应力计算程序W U r)_-m~3v;===============================================def derives_mod1=E_mod1/(2.0*(1.0+p_ratio1))b_mod1=E_mod1/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio1))3hB Jl2a|]Rendset E_mod1=1.2e8 p_ratio1=0.43pF9\q3IvKderive z.Bz G[ HB7|lHN-Z eFg p.vsmo elas OKj^.a+FzFP qbprop bulk b_mod1 shear s_mod1 density 2000ini szz -92380 grad 0 0 2000ini syy -46190 grad 0 0 1000{9gMa2?bLTini sxx -46190 grad 0 0 1000fix x range x 61.18 61.20 }h5^UMfix x range x -61.20 -61.18 @(v6K7LfA-Mv#Gfix y range y -0.1 0.1 0M#ECv X"}fix y range y 0.9 1.1~(H }-zgBfix x y z range z -27.20 -27.18&c*Zi!}/xFfset grav 0 0 -10;===============================================;设置监测关键点n_*ab\lm;===============================================$N5{?*rpK-N`)ymhist id=1 unbal^5ZZiO2lGvhist id=2 gp zdis 0 0 6.19hist id=3 gp zdis 0 0 2.19hist id=4 gp zdis xrad 0 2.19hist 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W@-D:@Oplot set back white z j#X nE2e#@*b]plot add con smax outline onplot add con smin outline on:dn n&l,f3Q/N!Vqmplot create stress F!A-l#rKdhplot set title text '应力云图plot set back white $O w4W5Z7M&bK @+O6kplot add con sxx outline on v,?z u'[Yplot add con szz outline on yAi%ED)P5MG.I-vplot add con sxz outline on E~W;E*{5d6K"Z|Uplot create strainplot set title text '应变云图plot set back white c?:dd'~^(kplot add con ssr outline on averageplot add con ssi outline on averageplot create cabelplot set title text '锚杆轴力plot set back white T*@;{6l!iM!h?%s;kplot add sel cable force range id=1plot add sel cable force range id=2plot add sel cable force range id=3plot add sel cable force range id=4e9i.`$eRY;p ] s#Y0A} plot add sel cable force range id=5;L9c0a:b8c2DYplot add sel cable force range id=61r4h*uCq!C6[plot add sel cable force range id=7plot add sel cable force range id=8(_+}!Yz4M0rj(|tIplot add sel cable force range id=9plot add sel cable force range id=10plot add sel cable force range 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'监测点最大主应力plot set back white "Zk7Cikb,~plot add his 12 13 14 15 16 17 18 19 vs step?([~]tq,A'CEplot create shear-strain-step S8t+TPAk+g8S0_plot set title text '监测点剪应变u1G)h&i.[2`plot set back whiteplot add his 22 23 24 25 26 27 28 29 vs stepm-M&lQ3G;plot create moment-step;plot set title text '监测点弯矩"U+l\ h HME Sl;plot set back white;plot add his 32 33 34 35 36 37 38 39 vs step/d _ Q C,y m;plot create shear-step @xw7F)Th0S&u2Ld;plot set title text '监测点剪力RHS8fU0I Tm([ D@;plot set back white v5NnW ii0o*a;plot add his 42 43 44 45 46 47 48 49 vs step(~#_ c`C&w1WGE;=============================================== ;求解;=============================================== solvesave sd51.savrestore sd51.savplot block state now C d4k-Sn'i| Rn;--------------------------------------------------------A-cDG+hK$q;定义初期支护锚秆;--------------------------------------------------------def fen_jiao_chu#[s)O"C%M+C-i4^h=9.0;9=180/20N(Ur'a@ z3q0ux11=6.19*cos((-h)*degrad)z11=6.19*sin((-h)*degrad)x12=9.19*cos((-h)*degrad)z12=9.19*sin((-h)*degrad)fp'ml#E:z Lx21=6.19*cos((180+h)*degrad)z21=6.19*sin((180+h)*degrad)U"[4d9D TAx22=9.19*cos((180+h)*degrad)"vzVa*D`z22=9.19*sin((180+h)*degrad)x31=xradz31=-2.199nX9f6WD+Ox32=x31+3/(1.4142)z32=z31-3/(1.4142)x41=-xrad+T7k,j%k4mz41=-2.19x42=x41-3/(1.4142)}3F:B6h6a ?z42=z41-3/(1.4142)end Aw2r1m(H @H(J/`fen_jiao_chu A T!Y9D4aV6o5eLMD}/mdE;mv8Kdef cab_parm_chu X PLL0V v$xQarray x2_b(1,54),z2_b(1,54),x2_2b(1,54),z2_2b(1,54)loop n(1,21) WF pegpx2_b(1,n)=6.19*cos(h*(n-1)*degrad)Wfj6X%~^pTz2_b(1,n)=6.19*sin(h*(n-1)*degrad)/F%@~^0u1]x2_2b(1,n)=9.19*cos(h*(n-1)*degrad)z2_2b(1,n)=9.19*sin(h*(n-1)*degrad)R9m%J}2@+]end_loop8ZS4[o}B4d6?i2\endcab_parm_chu5Za%}@uxfK(ndef inip_chu @ Fl+M8f6L SnQx_d=x2_b(1,n)z_d=z2_b(1,n)x_d_2=x2_2b(1,n)nTT?:On `z_d_2=z2_2b(1,n)enddef ini_chu_mao \Q!]e?8\,xloop m(3,23)n=m-29S1kt$zD Zinip_chucommand Q:x6B kYi PHsel cable id m begin x_d,0.5,z_d end x_d_2,0.5, z_d_2 nseg 10 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n:yxdrqsel cable pro emod 2.1e10 xcarea 3.79e-4 gr_per 1. &c?;f4\$Y,MEyten 2.2e5 gr_k 17.5e6 gr_c 20e4 range id 1sel cable id 24 begin x21,0.5,z21 end x22,0.5, z22 nseg 10sel cable pro emod 2.1e10 xcarea 3.79e-4 gr_per 1. &yten 2.2e5 gr_k 17.5e6 gr_c 20e4 range id 24sel cable id 25 begin x41,0.5,z41 end x42,0.5, z42 nseg 10 K&b J4[m kQY }-tsel cable pro emod 2.1e10 xcarea 3.79e-4 gr_per 1. &'R du&Y9KQ}-nFyten 2.2e5 gr_k 17.5e6 gr_c 20e4 range id 25sel shell id 55 range cyl end1 0 0 0 end2 0 1 0 rad 6.19 z -2.20 6.19H7A Z3e5Kb!i sel shell prop isotropic 3.0e10,0.2 thickness 0.35 density 2400 range id 55 pause7n^]!J#Asolveplot add sel recover dissave sdcable1.sav。

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基于FLAC3D的边坡锚固效果及锚杆受力分析

基于FLAC3D的边坡锚固效果及锚杆受力分析

基于FLAC3D的边坡锚固效果及锚杆受力分析
袁东进
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】2016(038)001
【摘要】锚杆支护是维护岩土边坡稳定的重要手段之一.结合南京某边坡工程实例,采用有限差分软件FLAC3D对该边坡的稳定性进行分析,所得结果(处于不稳定状态及潜在滑动面)与实地勘查结果一致、与实际情况相符.进而对锚固后边坡的稳定状态及锚杆受力情况进行了分析,结果表明,全长黏结式锚杆对边坡滑动面有缝缀作用且改善了坡体的结构性,从而提高了边坡的整体稳定性.
【总页数】4页(P102-104,108)
【作者】袁东进
【作者单位】江苏工程职业技术学院,江苏南通226007
【正文语种】中文
【中图分类】TD353+.6
【相关文献】
1.基于ABAQUS的隧道锚杆垂直锚固的受力分析 [J], 王川;郭帅帅;才昊
2.基于Kelvin解的拉力型锚杆锚固段的受力分析 [J], 张健超;贺建清;蒋鑫
3.基于Mindlin解的压力型锚杆锚固段的受力分析 [J], 贺建清;胡成兵;张建超
4.基于FLAC3D对不同荷载下锚杆锚固作用机制的数值模拟 [J], 马学斌; 秦庆词
5.基于FLAC3D的顺层岩质边坡稳定性及锚固优化研究 [J], 刘冀;胡焕校;邓超;张剑
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FLAC_3D的锚杆拉拔数值模拟试验.kdh

FLAC_3D的锚杆拉拔数值模拟试验.kdh

第41卷第10期2009年10月哈尔滨工业大学学报JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYVol.41No.10Oct.2009FLAC－3D的锚杆拉拔数值模拟试验江文武1，2，徐国元1，马长年1（1.中南大学资源与安全工程学院，长沙410083，wenwujiang@；2.江西理工大学江西赣州341000）摘要：为研究锚杆锚固力主要影响因素、锚杆拉拔过程中的整体失稳的规律等，采用三维显式有限差分法，建立锚杆拉拔数值仿真模型，进行一系列计算机模拟.结果表明：数值模拟计算的结果和现场试验得到的结果基本吻合，表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的；锚杆拔出的过程是慢慢滑移到突然整体失稳过程；锚杆锚固效应随着锚固剂的摩擦角、粘结力和有效围压的增加而增强；锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变，在拉拔初始时，自由端至锚固端，自由端锚固剂处的剪切应力为最大，锚固端处的剪切应力为最小接近为零，随着锚杆拉拔的进行，自由端处锚固剂与锚杆的界面屈服点首先达到，造成自由端处锚固剂与锚杆出现滑移现象，而随着锚杆拉拔的进一步进行，锚固剂所受的剪切应力慢慢呈现均匀分布，均都达到了最大值，均达到了锚固剂与锚杆界面的屈服点，锚杆出现整体失稳；在锚杆的拉拔过程中，锚杆的变形规律是自由端处的变形量最大，自由端至锚固端锚杆的变形量逐渐变小，同时锚固剂变形的规律与锚杆的变形规律相同.关键词：FLAC－3D；有效围压；锚固力；摩擦角；数值模拟中图分类号：TD788.23文献标识码：A文章编号：0367－6234（2009）10－0129－05Numerical simulation on pull－tests of a cable by FLAC－3DJIANG Wen-wu1，2，XU Guo-yuan1，MA Chang-nian1（1.School of Resources＆Safety Engineering，Central South University，Changsha410083，China，wenwujiang@；2.Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，341000，China）Abstract：To study major influential factors of cable anchorage force and the law of the whole instability in pull-tests for a cable，a numerical simulation model was established by3－D explicit finite difference method. It is proved that results of numerical simulation agree with field results of pull-tests.The pull-tests of the cable is a process in which the slow slippage turns abruptly into the whole distability.The anchorage effect of the ca-ble boosts up along with the augment of friction angle，adhesion stress and effective pressure.The shearing stress distribution regularities of anchorage agent change with the pull-tests process of the cable.At the initial stage of pull-tests，the shearing stress of anchorage agent in free end is maximum，while that in anchorage end is minimum.Cable grout yield points of free end are obtained firstly along with pull-tests，resulting in the slip-page of the cable and anchorage agent of free end.Shearing stress of anchorage agent takes on slowly homoge-neous distribution along with the further operation of pull-tests and reachs cable grout yield points from free end to anchorage end，so as that the whole cable becomes instable.The maximum deformation occurs in the free end during the pull-tests，the deformation amount of the cable is diminished gradually from free end to an-chorage end，and the deformation law of anchorage agent is uniform with that of a cable.Key words：FLAC-3D；effective pressure；anchorage force；friction angle；numerical simulation收稿日期：2006－07－14.基金项目：国家自然科学基金资助项目（59804007）；教育部“优秀青年教师资助计划”资助项目（EYTP－2134）.作者简介：江文武（1975—），男，博士研究生，讲师；徐国元（1965—），男，教授，博士生导师.岩体锚固技术在交通工程、矿业工程、隧道工程、水利工程等被广泛运用，适用于地质条件较差的岩体边坡稳定加固、隧洞的支护和混凝土结构的增强加固等.锚杆作为主要的加固手段，对岩体变形和强度起着重要的作用［1 4］.加锚岩体的数值模拟方法大都还是基于有限元法，但一般都过低估计锚固效果.然而FLAC －3D 即三维快速拉格朗日分析方法的出现，又为锚杆在岩体锚固机理提供了新的机遇.本文就锚固体的摩擦角、有效围压等对锚杆锚固性能的影响作了分析，对锚杆拉拔过程中锚杆锚固失效的特点进行了探索，并将现场试验与数值模拟计算进行了对比和分析.1数值模拟的平台安装了锚杆的锚固体包含岩体、锚杆和锚孔中的灌注砂浆几部分介质，对锚杆拔出过程进行数值仿真，应正确模拟锚固体的各个组成部分以及各部分之间的界面.数值模拟采用国际上著名的岩土工程分析软件FLAC －30［5］1.1轴向特性锚单元的轴向行为特性采用一维模型描述，轴向刚度K 为K =AE L.式中：A 为锚单元的横截面积，E 为弹性模量，L 为锚单元的长度.由轴向位移增量Δu t ，计算轴向力增量ΔF t：ΔF t =－K Δu t .其中，Δu t =（u ［b ］1－u ［a ］1）·t 1+（u ［b ］2－u ［a ］2）·t 2+（u ［b ］3－u ［a ］3）·t 3.式中：u ［b ］i ，u ［a ］i 为节点位移，i =1，2，3；［a ］，［b ］分别为节点a ，b ；t 1，t 2，t 3分别为锚单元轴线方向的方向余弦.锚单元可以指定其拉伸屈服强度F t 和压缩屈服强度F c ，单元轴力不能超过强度极限，如图1所示.拉伸屈服点F t拉力EA l轴向变形张拉压缩F c 压缩屈服点图1锚单元轴向力－变形特性曲线1.2界面模拟采用弹簧－滑块系统来描述锚杆（索）、砂浆及岩体之间的相互作用关系，如图2所示.该模型反映了锚杆（索）与岩体界面（浆体）之间的剪切特性.界面之间可能产生的最大剪切力取决于浆体的剪切刚度，单位厚度浆体的剪切刚度k g 为k g =2πGln （1+2t /D ）.式中：G 为浆体的剪切模量；t 为浆体环的厚度；D 为钢筋索的直径.浆体界面的剪应力τg 为τg =G （D /2+t ）Δuln （1+2t /D ）.式中：Δu 为浆体与岩体间的相对位移.浆体单位长度所能承受的最大剪应力为F max SL =c g +σm ˑtan （φg ）ˑp g .式中：c g 为浆体的粘结强度，φg 为浆体摩擦角，p g 为浆体与锚单元或岩体接触的实际周长，σm 为有效围压.界面材料特性假定为理想弹塑性，采用莫尔－库仑准则作为屈服准则.每个锚单元均允许沿轴向产生变形并发生屈服.若锚单元两节点与网格节点重合，锚单元与实体单元联结成整体，不产生相对位移；锚单元节点与网格节点不重合时，锚单元与实体元之间产生相对位移，其位移大小与界面模型参数有关.锚杆与岩体间的界面可以发生剪切屈服、产生滑动直至拉拔破坏.锚单元(钢筋)浆体环局部放大开挖面岩体钢筋的轴向刚度锚单元节点mmm滑片(浆体的剪切刚度)弹簧(浆体的剪切刚度)图2锚单元中的界面力学模型2计算模型的建立锚固体的计算模型取15m ˑ15m ˑ15m 的立方块，锚索布置在模型的中心，如图3、图4所示，模型由7200单元、7514个节点、20个结构体组成，锚杆的长度为5m ，数值模拟中，岩体采用8节点的六面体单元模拟，网格由锚索体向外呈·031·哈尔滨工业大学学报第41卷放射状逐渐由密变疏，如图3所示.在锚杆的自由端施加一个常速度v ，随着模型的计算，则锚杆的变形量等于计算的步速乘以常速度v ，同时在模拟锚杆拉拔的过程中，限制自由端所在的自由面Y 方向的位移，并且固定锚杆在X 、Z 方向速度为0.模型的本构关系采用莫尔库伦理想弹塑性理论.图3网格剖分图szzZXsxx 锚杆sxx X Y7.5mszz10m 5m 沿锚杆轴向施加固定的速度v限制Y 方向的位移图4锚杆拉拔数值模型示意图为了模拟锚杆拉拔过程中的影响因素，即影响锚杆锚固的效应的因素：1）模拟了在同样的外部条件下，唯有浆体的摩擦角（φg =00，100，200，300，400）不同的条件作用下沿着锚杆轴向、径向锚杆的应力与应变的分布规律以及锚杆的锚固力、浆体界面上的剪应力分布特征；2）模拟了在同样的外部条件下，唯有浆体有效围压（σm =0，2，4，6，8MPa ）不同的条件作用下沿着锚杆轴向、径向锚杆的应力与应变的分布规律以及锚杆的锚固力、浆体界面上的剪应力分布特征；同时还模拟了锚杆在拉拔过程中，锚索与岩体间的界面发生剪切屈服、产生滑动直至拉拔破坏具体过程.3数值模拟试验结果通过多种方案的数值模拟试验可知图5（a ）是现场试验得到一系列的力与位移之间的曲线，从图5（a ）中得知锚杆直径为15.2mm 的锚杆锚固力=17t /m.图5（b ）是根据现场的地质条件建模后计算得到的锚杆所受力与位移之间的曲线，图5（b ）中显示当锚杆自由端施加的力小于某一值时，力与位移基本成正比关系，当力达到一定值即锚固力时，力保持不变，而位移呈无限增大趋势，说明锚杆已经整体失稳，锚固作用失效，图6中显示锚固力=175kN /m =17.86t /m.图5（a ），图5（b ）对比来看可以得到在锚杆整体失稳、锚固作用失效之前力与位移之间的关系完全一致，并且得到的锚固力基本相等，而失稳后曲线的差异是由于FLAC 软件对锚杆单元力学特性的假设引起的.而工程中真正关心的是锚杆整体失效即力达到锚固力的过程，用FLAC 应用软件对锚杆拉拔试验进行模拟是切实可行的.30252015105015.2mm30.4mm 24mm 26mm51015202530位移/mm力/（t ·m -1)1.61.41.21.00.80.60.40.20.20.40.60.8 1.0×10-1(a)力与位移之间的曲线(b)锚杆所受力与位移之间的曲线图5现场试验结果与数值模拟结果的对比研究图6显示了当锚杆变形量各自为2.3、12.4、13.4mm 时锚杆的轴向力的分布情况以及锚杆和锚固剂的界面产生剪切屈服的情况，即锚杆和锚固体的界面产生滑动破坏情况.在锚杆位移为2.3mm 时，锚杆和锚固体的界面处刚刚产生剪切屈服点，即锚杆和锚固剂的界面刚刚产生了滑动或破坏；在锚杆位移为12.4mm 时，锚杆和锚固剂的界面进一步产生了滑动或破坏，但从图6中可以看出，锚杆和锚固剂界面产生滑动或破坏的过程比较缓慢；当位移为13.4mm 时，锚杆和锚固剂的界面全部剪切屈服，锚杆和锚固剂的界面迅速产生滑动，直到锚杆和锚固剂的界面整体产生失稳或滑动.所以锚杆在拉拔过程中，锚杆失效的过程是由量变到质变的过程，即缓慢滑动到突然整体失稳的过程.另一方面，在拉拔过程中，锚杆所受轴向力或应力的特点是锚杆的拉拔端受的力或应力最大，自由端或拉拔端至锚固端，锚杆所受的力或应力由大变到小直到接近为零.图7、图8显示了锚固体在拉拔过程中，锚固·131·第10期江文武，等：FLAC －3D 的锚杆拉拔数值模拟试验剂所受剪切应力的分布规律，在拉拔的初始阶段时，锚杆和锚固剂之间产生剪切应力，图7中显示(a)变形为2.3mm(b)变形为12.4mm(c)变形为13.4mm图6锚杆拉拔过程中锚杆轴向力分布与锚杆锚固剂屈服点图图7锚杆变形为2.3mm 时，锚固剂所受的剪切应力分布图沿着自由端至锚固端剪切应力呈现阶梯式分布，自由端处的剪切应力最大，沿着自由端直到固定端，剪切应力慢慢变小，接近为零；随着锚杆拉拔的进行，自由端处锚固剂与锚杆的界面屈服点首先达到，造成自由端处锚固剂与锚杆出现滑移现象；图8显示了锚杆变形量为12.4mm 时锚杆和锚固剂界面处的剪切应力分布规律，图中显示因为锚杆的变形量的增加，界面处剪切应力慢慢达到最大值，大概4m 的界面发生了剪切屈服；图9显示在锚杆拉拔结束阶段时，即锚杆变形量为13.4mm ，锚杆和锚固剂之间产生剪切应力分布规律，图9中显示剪切应力呈现均匀分布，剪切应力都达到了最大值，锚固剂与锚杆界面的屈服点均已达到，锚杆出现整体失稳.从锚固剂的剪切应力分析得知锚杆的失稳过程跟前面讲的失稳过程完全一致，锚杆失效过程也是慢慢滑动到突然整体失稳的过程.图8锚杆变形为12.4mm 时，锚固剂所受的剪切应力分布图图10是不同围岩应力下摩擦角与锚固力之间的曲线.锚杆的锚固力在摩擦角不同的情况下，而其它条件相同的情况时，当摩擦角为0ʎ时，尽管有效围压不同，但锚杆的锚固力都相等，它的值等于锚固剂和锚杆之间界面的粘结力，随着摩擦角的增大锚固力也随之增加，它与锚杆锚固作用机理理论是完全相符的.另一方面，锚杆的锚固力在摩擦角相同的情况下，而有效围压不同情况时，随着有效围压的增加，锚固力也按照一定的比例系数增大，即锚固力与围岩压力成正比关系；当摩擦角由0ʎ增加到40ʎ时，随着有效围压的增加，比例系数的值也跟着增加，也就是说，当有效围压改变量相等时，摩擦角值小时锚固力的增加量比摩擦角值大时锚固力的增加量要小，如当有效围压增加量为2MPa 时，摩擦角为10ʎ，锚固力的增加量约为30kN ，摩擦角为40ʎ，锚固力的增加量约为130kN ，增加量大了很多.从图11中可以得知，影响锚杆锚固作用效应除了锚杆周边岩体本身的地质条件外，主要有锚固剂和锚杆界面之间的摩擦角、粘结力以及有效围压等，从这些影响因素中，除了岩体的自身地质条件是天然的，不是人为能轻易改变的外，锚固剂与锚杆界面间的摩擦角、粘结力以及有效围压是人为控制的，根据实际的需要，选取适当匹配的锚固剂、锚杆的类型可以有效的控制界面间的摩擦角以及粘结力，采取一定的措施，改变锚杆锚固的·231·哈尔滨工业大学学报第41卷现场工艺，使锚固体在充填过程中密实，可以有效的提高锚固体所受的有效围压.图9锚杆变形为13.4mm 时，锚固剂所受的剪切应力分布图摩擦角/°锚固力/k N图10不同有效围压下锚杆锚固力与摩擦角的关系曲线摩擦角/°锚杆的变形量图11不同有效围压下锚杆变形量与摩擦角的关系曲线从摩擦角与锚杆变形量的曲线中，可以得到锚固力与摩擦角之间类似的结论，锚杆的变形量随着摩擦角的增加而增加，随着有效围压的增加而增加.锚杆的变形时的位移矢量如图12所示锚杆的自由端变形量最大，自由端至锚固端，锚杆的变形量也在慢慢变小直到接近为零.另一方面，在锚杆的拉拔过程中，锚固剂也发生变形，图13中在锚杆自由端处的锚固剂产生的变形量最大，从自由端至锚固端，锚固剂的变形量逐渐变小.图12锚固剂的位置锚固剂的变形量图13沿锚杆自由端至锚固端锚固剂的变形量曲线4结论1）数值模拟和现场试验的结果基本吻合，表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的；2）影响锚杆锚固效应的因素除了岩体自身的地质条件外，主要是锚固剂的摩擦角、粘结力和有效围压等，锚杆锚固效应随着锚固剂的摩擦角、粘结力和有效围压的增加而增强；3）锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变，4）在锚杆的拉拔过程中，锚杆的变形规律是自由端处的变形量最大，从自由端至锚固端锚杆的变形量逐渐变小，同时锚固剂也发生变形，变形的规律与锚杆的变形规律相同.参考文献：［1］杨强，任继承，张浩.岩石中锚杆拔出试验的数值模拟［J ］.水力学报，2002（12）：68－73.［2］杨松林，徐卫亚，黄启平.节理剪切过程中锚杆的变形分析［J ］.岩石力学与工程学报，2004，23（19）：3268－3273.［3］杜守继，职洪涛，翁慧俐，等.高速公路软岩隧道复合支护机理的FLAC 解析［J ］.中国公路学报，2003，16（2）：70－73，77.［4］丁秀丽，盛谦，韩军，等.预应力锚索锚固机理的数值模拟试验研究［J ］.岩石力学与工程学报，2002，21（7）：980－988.［5］Itasca Consulting Group Inc.FLAC3D （Version 2.0）us-ers manual ［R ］.USA ：Itasca Consulting Group Inc.，1997.（编辑张红）·331·第10期江文武，等：FLAC －3D 的锚杆拉拔数值模拟试验。

FLAC 3D技术在锚杆“耦合”支护工程中的应用研究

FLAC 3D技术在锚杆“耦合”支护工程中的应用研究

维普资讯
第 ３卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ６月
地 下 空 间 与 工 程 学 报
Ｃ ｉｅｅＪ ｕｎ ｆＵ ｄ ｒｒｕ ｄ Ｓ ａｅａ ｄＥｎ ｉｅ ｒ ｇ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｅｇｏ ｎ ｐ ｃ ｎ ｇｎ ｅｉ ｌ ｎ
Ｖｏ ． １３
围岩体 等 效 变形模 量 的 ２ ０倍 时 ， 杆 支护 刚度 就 与 围岩 体 强度 达 到 “ 合 ” 态的 结论 ， ５ 锚 耦 状 为
合 理 设计 隧道锚 杆 支护 结构提供 了可 靠依 据 。
关键词 ：隧道 ； 锚杆 支护 ； 耦合 分析 ； Ｌ Ｃ Ｄ模 拟技 术 ＦＡ３ 中 图分 类号 ： ４ ６ ３ Ｕ ５ ．１ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：６ ３０ ３ （０ ７）３ ５ ９０ １７ －８ ６ ２ ０ ０ － ０ － ０ ４
（ ｏｓｌ ｎ ． ｐ ｒ ｅ ｅｌ ｉ ｌ ａａｄＰ ｅ ｎｉ Ｃ ｎｕ ａｔ ｅａｔ ｎ ｏ ｏ ｇｃ ｚｒ ｒ ｅ ｏ ｔ Ｄ ｍ ｔ ｆＧ ｏ ａ Ｈ ｖｔ ｎ＆ Ｔｅｔ ｎ ｅＴ ｒ ｏｇｓＲｓｒ ｉＡ ａ ｒ ｍ ｔ ｉ ｔ ｈｅ Ｇ ｒｅ ｅ ｖ ｒ ｒ ． ａｅ ｎｈ ｅ ｅ ｏ ｅ
Ａｐ ｉａ ｉｎ ａ ｔ ｄｙ ｏ ｕ ｌｄ Ｓ ｐｏ ｔｎｇ ｏ ｈｅ Ａｎ ｈｏ ｐｌ ｔｏ ｎｄ Ｓ ｕ ｎ Ｃｏ ｐ ｅ ｕｐ ｒｉ ｆｔ ｃ ｒ ｃ ｉ ｎｎｅ ｎ Ｔｕ ｌＥｎｇｎ ｅ ｉ ｙ ＦＬＡ Ｃ ｉ ｅ ｒｎｇ ｂ
ＬＩ Ｇｕ — ｉ 。 Ｕ ｅ ｇ ｃ ｕ ｎｇ Ｕ ｉｙｎｇ Ｚｈ ｎ — ｈ ａ
Ｊｎ ２ Ｏ ｕ ．Ｏ ７
Ｆ Ａ ３ 技术在锚杆“ 合＂ Ｌ ＣＤ 耦 支护工程 中的应用研究
刘贵应 ，李正 川
（ 中铁二院工程集团有 限责任公司三峡库区地灾防治顾问部， 重庆 ４０ １ ） ００ ５ 摘 要： 隧道开挖后的支护结构设计 ， 唯有在充分考虑原岩条件的 支护设计 ， 并确保支护
FLAC模拟隧道开挖支护的实例

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FLAC模拟隧道开挖支护的实例FLAC3D3.0在某隧道工程开挖支护中的应用隧道建模命令流入下：set log onset logfile yang.loggen zon radcyl p0 0 0 0 p1 9.0 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 8 &size 4 20 6 4 dim 6 5 6 5 rat 1 1 1 1 group 围岩gen zon cshell p0 0 0 0 p1 6.0 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 5.0 &size 4 20 6 4 dim 5.6 4.6 5.6 4.6 rat 1 1 1 1 group 初期支护gen zon cshell p0 0 0 0 p1 5.6 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 4.6 &size 4 20 6 4 dim 5.0 4.0 5.0 4.0 rat 1 1 1 1 group 二次衬砌 fill group 原岩gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 0 0 -8.0 p2 0 50 0 p3 9.0 0 0 &size 4 20 6 4 dim 3 6 3 6 rat 1 1 1 1 group 围岩2gen zon cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -3.0 p2 0 50 0 p3 6.0 0 0 &size 4 20 6 4 dim 2.6 5.6 2.6 5.6 rat 1 1 1 1 group 仰拱初期支护gen zon cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -2.6 p2 0 50 0 p3 5.6 0 0 &size 4 20 6 4 dim 2 5 2 5 rat 1 1 1 1 group 仰拱二次衬砌 fill group 仰拱原岩gen zone reflect normal -1 0 0gen zone radtun p0 0 0 0 p1 45 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 20 &size 3 20 3 12 dim 9 8 9 8 rat 1 1 1 1.1 group 围岩3gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z 8 20gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 9 45 y 0 50 z 0 20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z 8 20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z -8 -20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 9 45 y 0 50 z -20 20gen zon brick p0 -45 0 -20 p1 -45 0 -40 p2 -45 50 -20 p3 45 0 -20 &size 5 20 6 rat 1.1 1 1 group 围岩4save tun_model.sav假设围岩岩体符合mohr-coulomb本构模型，给围岩赋参数命令流如下，; mohr-coulomb modelmodel mohrdef derives_mod1=E_mod1/(2.0*(1.0+p_ratio1))b_mod1=E_mod1/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio1))s_mod2=E_mod2/(2.0*(1.0+p_ratio2))b_mod2=E_mod2/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio2))endset E_mod1=0.6e9 p_ratio1=0.27 E_mod2=0.8e9 p_ratio2=0.26deriveprop bulk b_mod1 shear s_mod1 cohe 1.8e6 tens 0.8e6 fric 30 range z 4.5 20prop bulk b_mod2 shear s_mod2 cohe 2.8e6 tens 1.0e6 fric 35 range z -40 4.5ini dens=2300set grav 0 0 -10; boundary and initial conditionsapply szz -1.4e6 range z 19.9 20.1fix z range z -40.1 -39.1fix x range x -45.1 -44.9fix x range x 44.9 45.1fix y range y 49.9 50.1hist unbalhist gp xdis 6.0,0,0hist gp zdis 0,0,5hist gp xdis 6.0,50,0hist gp zdis 0,50,5plot hist 3solvesave tun_nature.sav对后面计算而言，模型建立时岩体在开挖前认为位移已经终了，因此需要对位移进行“清零”，而应力可以保留。