地铁隧道锚杆数值模型对比研究与应用

目前常用的FLAC 3D中Cable单元和Pile单元模拟锚杆,但两种单元使用的差异性尚不清楚,以某地铁暗挖车站为工程背景,分别使用Cable单元和Pile单元进行模拟。结果表明:两者围岩位移、应力分布以及塑性区范围相接近,且数值相差极小;锚杆位移和轴力几乎相同。Pile单元的承弯、受剪能力在两侧拱脚作用明显,但Cable单元不能模拟锚杆受剪。在实际工程中,当锚杆有承弯、受剪现象,建议采用Pile单元。

可施加预紧力桩单元在层状岩层的应用

为解决FLAC3D中锚索(cable)单元无法实现层状岩层锚杆弯曲变形问题,采用桩(pile)单元实现了无预紧力状态下的锚杆弯曲变形。在此基础上引入"节点力"和"刚性连接"元件,并采用FISH语言编程,建立了可施加预紧力的改进pile单元。通过层状顶板中锚杆受力和变形特征的分析,结果表明:在预紧力施加方面,通过改进的pile单元与软件自带的cable单元预紧力施加效果相近,锚杆轴力的大小和分布符合预紧力扩散规律,表明此方法的有效性;在工程力学响应方面,改进的pile单元中锚杆的轴力变化趋势与理论研究一致,表明此方法的合理性;通过对层状顶板不同位置处锚杆剪应力分布特征分析,提出采用增加整体刚度方法如增加锚固长度、提高整体强度的方法如提高预紧力来减小顶板剪应力影响的策略。研究工作扩展了FLAC3D中pile单元的应用范围,为研究层状岩层中锚杆的弯曲变形特征提供了新手段。

FLAC^(3D)中锚杆破断失效的实现及应用

为解决FLAC^(3D)中CABLE单元无法实现锚杆(索)破断失效的问题,提出锚杆(索)破断判据U(i)≥U_(max)(i),在此基础上建立CABLE单元杆体修正力学模型,修正模型增加了破断失效功能,并采用Fish语言编程,将修正模型嵌入到FLAC^(3D)主程序中,实现锚杆破断失效的"单元化",由局部到整体自发实现锚杆的宏观破断效果。进行锚杆杆体拉伸实验和锚喷支护效果对比的算例分析,结果表明:(1)修正模型锚杆杆体拉伸荷载–位移曲线呈现出第三阶段破断失效的特性,符合杆体实际力学行为,达到了定量破断的预期效果,且响应灵敏;(2)地应力超过一定值后,采用修正模型的支护方案中锚杆、锚索出现了破断,且呈现出的力学行为符合锚杆(索)破断失效力学机制,提高了工程模拟的准确度和精度;(3)破断实现方法扩展了FLAC^(3D)的应用范围,增强了模拟能力。同时分析指出了实现方法可达到的有益效果、存在的局限性及下一步研究方向。