考虑锚杆拉剪破断特性的锚固系统数值模拟与应用

基于FLAC3D数值模拟软件,考虑锚杆拉剪破断特性,通过FISH语言将pile单元进行修正,反映了锚杆的拉剪破断特性;并且引入了锚固界面的黏结滑移模型,模拟了锚固界面的应变软化行为。将修正的锚杆模型进行验证分析,与室内试验结果吻合良好,且能够较好地反映锚固界面的黏结滑移力学行为和锚杆杆体的破断行为。以中关铁矿为研究对象,开展了修正锚杆模型的应用研究,研究结果可为地下锚固工程稳定性分析提供借鉴。

FLAC3D中锚杆剪切断裂的数值实现与应用

针对地下工程中锚杆剪切断裂这一常见问题,提出锚杆在剪切荷载作用下的全过程形变力学模型,并基于FLAC^3D软件平台,采用FISH语言将该力学模型嵌入PILE单元,得到修正的PILE结构单元。分别采用原始PILE单元与修正PILE单元,进行锚杆剪切试验与单弱面层状岩体隧道锚杆支护的对比分析。结果表明:修正单元可以实现锚杆在剪切荷载作用下的塑性变形与断裂,即当剪力达到抗剪能力极限值时,锚杆进入塑性残余变形阶段;当剪切应变达到极限剪切应变时,锚杆剪切破断,杆体的轴力和剪力突变至0并保持恒定;在进行围岩稳定性分析时,对于承受较大剪力的锚杆而言,无需考虑锚杆的剪断效应会同时夸大锚杆的抗拉与抗剪支护能力;单弱面层状岩体中,锚杆剪断会弱化支护系统对围岩形变的约束能力,但锚杆的剪断位置以及约束能力减弱的程度与层理面的倾角有关。

FLAC^(3D)中锚杆剪切破断失效的实现及应用

为解决FLAC^(3D)中无法实现锚杆剪切破断失效的问题,基于PILE结构单元提出锚杆剪切破断判据Fs(i)≥Fsmax(i),采用Fish编程语言二次开发,建立PILE结构单元杆体修正力学模型,并嵌入到FLAC^(3D)主程序中。分别采用PILE单元杆体原模型和修正力学模型,进行杆体剪切实验和煤岩交界面滑移情况下的锚杆支护实验对比分析,结果表明:(1)修正模型杆体剪切荷载–位移曲线呈现出剪切破断失效的特性,达到了以剪力为判据的定量破断,且破断部位结构单元剪力和轴力在发生剪切破断后均突变为零,实现了FLAC^(3D)主程序中锚杆剪切破坏。(2)采用修正模型的锚杆支护方案中,煤岩交界面附近杆体发生剪切破断,且煤–底板交界面附近杆体破断先于煤—顶板交界面附近杆体;煤岩交界面最大滑移量比原模型大17.5 mm,结果更接近实际。(3)PILE修正单元剪切破断失效的实现扩展了FLAC^(3D)的应用范围。

FLAC3D中锚杆拉剪断裂的实现与应用

隧道围岩大变形容易导致锚杆产生拉伸、剪切以及拉剪复合断裂。鉴于此,文章基于FLAC3D软件,对PILE结构单元的力学行为进行了修正,并通过二次开发FISH语言建立PILE单元断裂模拟数值模型;在此基础上,对层状岩体锚固系统中锚杆的断裂失效力学行为进行了分析。结果表明:(1)修正PILE单元得到的计算结果与室内试验结果吻合较好,且能较好地反映锚杆拉伸、剪切以及拉剪断裂力学特征;(2)层状岩体中锚杆断裂时,拉伸断裂锚杆在断裂前所承受的最大拉力达到其极限抗拉值;拉剪断裂锚杆在断裂前,其拉力及剪力最大值均小于相应的极限抗拉、抗剪值;(3)对于拉剪断裂锚杆而言,不考虑锚杆的剪切断裂会夸大锚杆的支护效果;对于拉伸断裂锚杆而言,不考虑锚杆的剪切断裂对锚杆支护效果的影响较小。