地震作用下含软弱层岩质边坡锚固界面剪切作用数值模拟

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岩土锚固作为控制工程有害变形的一种加固技术手段被广泛应用于各类边坡工程中,它凭借自身安全、经济、可靠的优势成为了许多工程建设的关键技术之一。为了提高各种边坡的锚固效果,国内外科研工作者对静力作用下锚固系统的作用机理做了大量的研究工作,这些工作使人们对锚固机理从零散、定性的认识,走向更为系统、定量的认识,也为动力作用下锚固系统的研究奠定了扎实的基础。我国是一个地震多发且断层风化破碎带、软弱地层广泛分布的国家,事实证明,在这类稳定性较差的地质环境中,地震极易引发边坡崩塌、滑坡等地质灾害,为了防范此类地质灾害对人类生命财产安全造成巨大威胁,应将动力作用下边坡锚固系统的锚固机理作为岩土锚固技术领域的研究重点。锚固系统的稳定本质上是其上所受荷载与界面粘结强度之间的抗衡,因此界面粘结力是锚固力最主要的来源,它对锚杆构件的工作状态、锚固系统的稳定性、破坏形式有着重要的影响。作为界面粘结力最有效的力学表征参数,界面剪应力则可以用来反映锚固界面的锚固机理,因此界面剪应力的分布状态、变化规律是锚固机理的重要研究内容之一。现有研究侧重于砂浆-岩体界面的变化规律,却忽略了杆体-砂浆界面所发挥的作用,因此针对砂浆-岩体界面和杆体-砂浆界面,对其上剪应力在地震作用下的变化及影响因素进行研究是深化现有理论的有效途径之一。(1)基于一定的理论研究,本文提出了一种改进的界面模拟方法,并利用Flac3D软件分别建立了改进后的砂浆-岩体界面、杆体-砂浆界面数值模型。该模型利用FISH语言对两个锚固界面上的屈服破坏准则分别进行预设,可以合理反映出界面粘结效应的逐渐弱化以及脱粘破坏的渐进性发展。(2)用改进后的界面数值模型对含有软弱夹层的锚固岩质边坡进行地震作用下的数值模拟,并对地震作用下锚固系统诸界面剪应力的变化及破坏规律做了全过程分析。(3)通过改变锚杆弹性模量、砂浆厚度、杆体横截面积探讨了锚固参数对砂浆-岩体界面、杆体-砂浆界面剪应力变化及脱粘规律的影响,并对这两个界面进行对比和分析。(4)通过改变锚固长度、锚杆布设间距和布设倾角探讨了锚固方式对砂浆-岩体界面、杆体-砂浆界面剪应力变化及脱粘规律的影响,并对锚固界面的作用机理进行了深入系统的研究。以上研究工作的成果为如何改变锚杆参数、锚固方式以确保边坡及锚固系统的整体稳定奠定了基础、为锚杆抗震优化设计以及后续振动台大型试验的进行提供了一定的理论指导。
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