層狀巖體錨桿錨固系統(tǒng)荷載傳遞規(guī)律及其破壞模式研究結(jié)題摘要

層狀巖體因其特殊工程地質(zhì)屬性，以其作為工程載體，極易引發(fā)工程事故。本項(xiàng)目緊密?chē)@層狀巖體錨桿錨固系統(tǒng)荷載傳遞規(guī)律及其破壞機(jī)制兩計(jì)劃要點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)的理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值分析等研究手段，相互驗(yàn)證推導(dǎo)層狀巖體錨桿及其極端特例缺陷錨桿錨固力學(xué)微分方程及其解析解，并給出迭代計(jì)算方法與求解步驟，揭示了層狀巖體錨桿錨固系統(tǒng)界面荷載傳遞機(jī)制；分析了錨桿剪應(yīng)力分布類(lèi)型、拉拔極限荷載大小及破壞特征之間的內(nèi)在關(guān)系，并給出了相關(guān)判別標(biāo)準(zhǔn)及取值方法；建立了包含層狀巖體地層在內(nèi)的錨桿錨固系統(tǒng)動(dòng)力分析模型，給出了其動(dòng)力控制方程的具體有限差分格式，并編程使其程序化。依托本項(xiàng)目發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇，其中SCI檢索3篇，EI收錄2篇；培養(yǎng)研究生7人次，其中博士3人次，碩士4人次；總體上完成了原定的研究目標(biāo)，研究成果皆可為層狀巖體錨桿錨固技術(shù)提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。 2100433B

層狀巖體具有各向異性、非均質(zhì)性等特殊的工程地質(zhì)屬性，以其作為工程載體，工程事故常易被引發(fā)；然而，目前針對(duì)這種特定地層條件下的錨固理論研究尚未開(kāi)展，嚴(yán)重滯后于工程應(yīng)用。本項(xiàng)目擬遵循室內(nèi)試驗(yàn)、理論建模以及工程應(yīng)用相結(jié)合的研究思路，以層狀巖體錨桿錨固系統(tǒng)為研究對(duì)象，開(kāi)展錨固系統(tǒng)荷載傳遞與破壞機(jī)制研究；通過(guò)室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，揭示層狀地層條件下不同布設(shè)角度錨桿三相兩界面錨固系統(tǒng)的荷載傳遞特性及破壞特征；構(gòu)建能反映巖體層狀結(jié)構(gòu)特征、考慮系統(tǒng)多界面特性及錨桿布設(shè)角度影響的錨固力學(xué)模型，求解獲得系統(tǒng)各界面力學(xué)方程表達(dá)式，并結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)力分析，給出層狀巖體錨桿錨固系統(tǒng)破壞類(lèi)型判別標(biāo)準(zhǔn)與拉拔極限荷載計(jì)算公式；結(jié)合工程實(shí)際，驗(yàn)證理論模型的合理性。本項(xiàng)目皆在為層狀巖體錨桿錨固設(shè)計(jì)與計(jì)算、科學(xué)評(píng)價(jià)及優(yōu)化提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

巖體破壞 failure of rock mass

巖塊壓碎、巖體結(jié)構(gòu)改組和結(jié)構(gòu)喪失聯(lián)結(jié)的現(xiàn)象。巖體破壞時(shí)力學(xué)作用方式和過(guò)程稱(chēng)巖體破壞機(jī)理，它是研究巖體破壞的核心問(wèn)題（見(jiàn)巖石和巖體）。

巖體破壞與巖體結(jié)構(gòu)及環(huán)境應(yīng)力（見(jiàn)巖體中應(yīng)力）狀態(tài)密切相關(guān)。完整結(jié)構(gòu)巖體在低的環(huán)境應(yīng)力(地應(yīng)力)條件下呈脆性的張破裂，在高的環(huán)境應(yīng)力條件下呈柔性的剪破壞或塑性流動(dòng)變形。

塊裂結(jié)構(gòu)巖體的破壞主要是巖塊沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。其破壞機(jī)理和破壞判據(jù)正在研究中。板裂結(jié)構(gòu)巖體的破壞以板的潰屈破壞為主。碎裂結(jié)構(gòu)巖體破壞比較復(fù)雜，是晚近才認(rèn)識(shí)到的破壞現(xiàn)象，在低的環(huán)境應(yīng)力條件下，極大程度上受結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況控制；在高的環(huán)境應(yīng)力條件下結(jié)構(gòu)面作用消失，其破壞機(jī)理類(lèi)似完整結(jié)構(gòu)巖體，主要受巖石性質(zhì)制約。

竹木錨固技術(shù)在夯筑土遺址加固中扮演著重要角色，然而相應(yīng)的錨固系統(tǒng)傳力機(jī)理研究還未開(kāi)展，成為新型錨固技術(shù)研發(fā)的瓶頸，嚴(yán)重制約土遺址保護(hù)學(xué)科的形成與發(fā)展。本項(xiàng)目以在夯筑土遺址加固中應(yīng)用最為普遍和成熟的竹木錨桿錨固系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)兩種錨固系統(tǒng)的力學(xué)傳遞機(jī)理進(jìn)行基礎(chǔ)性研究。具體內(nèi)容包括：室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)拉拔測(cè)試分析受拉狀態(tài)下錨固系統(tǒng)中各界面的力學(xué)傳遞規(guī)律與特征；構(gòu)建夯筑土遺址錨固系統(tǒng)力學(xué)傳遞模型，給出其方程表達(dá)式；篩選、優(yōu)化并確立科學(xué)合適的錨固系統(tǒng)數(shù)值模擬分析方法。本項(xiàng)目旨在揭示夯筑土遺址錨固系統(tǒng)中的力學(xué)傳遞機(jī)理，為錨固設(shè)計(jì)與計(jì)算、工藝優(yōu)化、桿體創(chuàng)新等奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)開(kāi)拓土遺址錨固技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和科學(xué)化運(yùn)用的新局面。

不同結(jié)構(gòu)的巖體，破壞時(shí)破壞機(jī)理不同，破壞類(lèi)型也不同。基本的破壞類(lèi)型共有 6種：①?gòu)埰屏眩虎诩羝茐?；③結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)；④結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)；⑤梁板潰屈和彎折破壞；⑥傾倒失穩(wěn)。完整結(jié)構(gòu)巖體在低應(yīng)力條件下呈脆性張破裂，在高應(yīng)力條件下呈柔性剪破壞或塑性流動(dòng)變形。塊裂結(jié)構(gòu)巖體的破壞主要是巖塊沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。板裂結(jié)構(gòu)巖體的破壞，常以板裂體潰屈彎折、巖塊沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)以及傾倒失穩(wěn)為主。碎裂結(jié)構(gòu)巖體的破壞比較復(fù)雜，在低應(yīng)力條例下，極大程度上受結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)體形狀控制，除結(jié)構(gòu)體張破裂、沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)以外，結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)占有重要地位。在高應(yīng)力條件下，結(jié)構(gòu)面控制作用消失，其破壞作用機(jī)理與完整結(jié)構(gòu)巖體基本相同，主要受巖石材料性質(zhì)控制。