隧道锚固组合体蠕变特性及局部失稳机理

作者: 时间:2021-11-15 点击数:

深部地下工程围岩的蠕变变形失稳的本质是巷道开挖带来的卸荷损伤和加载蠕变问题,随着锚喷支护在地下工程中的大量应用,锚固岩体在复杂环境下的力学行为研究也受到普遍关注。锚固-围岩的协同作用机制是锚固岩体卸荷蠕变过程中的核心问题,能量既贯穿于岩体蠕变的全过程,又是锚固与岩体相互作用的结合点。研究内容力求基于能量观点揭示锚固岩体卸荷蠕变的内在机制,对完善地下工程锚喷支护设计理论起到一定的推动作用。

(1)深部围岩非线性卸荷损伤力学特性

开展了深部围岩三轴试验和核磁共振试验,对试件的初始力学特性和内部结构进行了表征,从而确定了卸荷试验方案和试验参数,通过卸荷试验获取了轴向应变、径向应变随应力的变化曲线,分析其损伤演化过程和破坏模式;结合工程开挖对围岩扰动的工程实际,提取经历不同卸荷条件作用的试件,采用核磁共振成像技术定量描述了其损伤程度,并由此确定了进行加载蠕变试验的扰动试件。

深部砂岩三轴加载应力-应变曲线

(2)锚固扰动岩体逐级加载蠕变特性

依据地下工程的锚喷支护参数,确定了扰动试件切合工程实际的锚固方案,制作加载蠕变试件,并进行了三轴加载试验获取其基本力学特征;分别开展扰动试件和锚固试件的逐级加载蠕变实验,获取了轴向应变—分级时间曲线和径向应变—分级时间曲线;基于能量守恒原理和最小能耗理论构建了锚固试件的蠕变能量损伤模型,根据实验结果确定了模型参数并对其适用性进行验证。



3)围岩卸荷-锚固-蠕变作用机制分析

针对不同卸荷条件作用的试件,基于能量原理和蠕变能量损伤模型,分析了锚固试件在受载过程中的能量构成、能量转换和能量耗散;获取加载应力-能量曲线、耗散能与弹性能比值曲线、塑性应变能和耗散能随应变变化曲线,分析分级加载蠕变过程中的能量转化和能量耗散特征,探究了在蠕变过程中锚固与变形的协同作用机制。


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