恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法技术

本发明专利技术公开了恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，包括：确定试样尺寸和构件颗粒尺寸，生成端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流模型，获取层状岩石基质、锚杆及托盘构件；对所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件赋予不同接触模型及细观参数；基于赋予不同接触模型的所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件，对所述锚杆施加预紧力；基于施加预紧力的所述锚杆，对所述试样进行加载和监测，获取全剪切过程中所述锚杆的应力演化。本发明专利技术锚杆间岩体在剪切过程中相对左右部岩体较为完整，锚杆极大提升了剪切作用下中部层状岩体的完整性，体现了锚杆的加固作用。体现了锚杆的加固作用。体现了锚杆的加固作用。

【技术实现步骤摘要】
恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法


[0001]本专利技术属于岩石力学
，尤其涉及恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法。

技术介绍

[0002]锚杆支护技术是岩土与地下工程领域应用最为广泛的加固方式，节理岩体锚固机制的研究一直是国内外学者关注的焦点。由于其锚固机理较为复杂，因此在一定程度上理论与实践难以对接，许多施工仍依赖于经验法。近些年，专家学者主要从锚杆本身的特性(如锚杆长度、直径、抗拉拔数值、表面特性等)出发，对于锚固对剪切强度的影响效果进行了分析，锚杆对于岩体弹性模量、内摩擦角等的加固作用都做了分析，然而大多数锚固体剪切试验都是针对单节理或双节理岩体开展的，对于层状粗糙节理岩体的锚固剪切特性研究还不够深入。层理作为层状围岩结构的薄弱点，其锚固体的剪切力学特性及锚固机理对巷道围岩稳定性控制具有一定意义。因此，研发可施加恒定预紧力的端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法对于从细观角度揭示层状锚固体中锚杆发挥的抗剪增韧机理至关重要，剪切作用下锚杆的受力状态也可为锚杆自身的补强加固提供重要指导。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出了恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，颗粒流方法中对层状岩体模型施加恒定预紧力的技术细节与构建流程，并将不同锚固条件下的恒定预紧力端锚工况下的层状岩体的剪切损伤特性与无锚岩体进行对比，从裂纹、力链、位移云图等细观角度揭示了锚杆的抗剪加固增韧作用。锚杆提高了层状岩体的抗剪强度及剪切刚度，岩体的延性损伤特性增强，锚杆间岩体在剪切过程中相对左右部岩体较为完整，锚杆极大提升了剪切作用下中部层状岩体的完整性，体现了锚杆的剪切加固增韧作用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，包括以下步骤：
[0005]确定试样尺寸和构件颗粒尺寸，生成端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流模型，获取层状岩石基质、锚杆及托盘构件；
[0006]对所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件赋予不同接触模型及细观参数；
[0007]基于赋予不同接触模型的所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件，对所述锚杆施加预紧力；
[0008]基于施加预紧力的所述锚杆，对所述试样进行加载和监测，获取全剪切过程中所述锚杆的应力演化。
[0009]可选的，所述模型包括试样、加载墙体和支护构件。
[0010]可选的，获取层状岩石基质、锚杆及托盘构件的方法包括：
[0011]基于所述端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流模型，根据边界条件生成式样外部加
载墙体，生成层状岩石基质、锚杆及托盘构件。
[0012]可选的，对所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件赋予不同接触模型及细观参数的方法包括：
[0013]对所述层状岩石基质赋予平行粘结模型，对所述平行粘结模型赋予光滑节理模型，开展层状岩石的直剪模拟并与物理试验曲线对比以标定所述光滑节理模型的细观参数；
[0014]对所述锚杆及所述托盘构件赋予所述平行粘结模型，通过所述锚杆拉伸试样获取所述锚杆的拉伸弹性模量及屈服强度，与所述锚杆拉伸试验进行对比确定所述锚杆的细观参数；
[0015]对所述托盘构件、所述锚杆和所述加载墙体赋予Null接触模型。
[0016]可选的，基于赋予不同接触模型的所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件，对所述锚杆施加预紧力的方法包括：
[0017]对所述锚杆的两端向相反方向进行张拉，拉长所述锚杆；
[0018]对所述锚杆和所述托盘构件赋予所述平行粘结模型；
[0019]所述锚杆速度清零，放松约束，所述锚杆平衡回弹；
[0020]所述锚杆回弹带动所述托盘构件挤压岩体，完成所述锚杆的预紧力施加。
[0021]可选的，确定所述锚杆的细观参数的方法包括：
[0022]构建所述锚杆尺寸相同的锚杆拉伸模型，对所述锚杆的两端赋予相反速度，对所述锚杆进行拉伸，在锚杆上布置若干测量圆获取锚杆拉伸破坏时的最大轴力，构建所述锚杆的轴力
‑
应变曲线，与所述锚杆拉伸试验轴力
‑
应变曲线对比不断调整所述锚杆的细观参数，确定所述锚杆的细观参数。
[0023]可选的，基于施加预紧力的所述锚杆，对所述试样进行加载和监测，获取全剪切过程中所述锚杆的应力演化的方法包括：
[0024]对所述锚杆清零速度和位移，对所述锚杆赋予剪切边界条件；
[0025]采用预置的测量圆监测剪切所述锚杆应力，监测所述锚杆位移实时更新所述测量圆位置，获取全剪切过程中所述锚杆的应力演化。
[0026]可选的，预置的所述测量圆包括相邻所述测量圆间隔为所述测量圆半径的2
‑
3倍，所述测试圆半径为所述锚杆半径的0.8
‑
1.0倍。
[0027]本专利技术技术效果：本专利技术公开了恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，颗粒流方法中对层状岩体模型施加恒定预紧力的技术细节与构建流程，并将不同锚固条件下的恒定预紧力端锚工况下的层状岩体的剪切损伤特性与无锚岩体进行对比，从裂纹、力链、位移云图等细观角度揭示了锚杆的抗剪加固增韧作用，体现了该颗粒流模型的可靠性。
附图说明
[0028]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0029]图1为本专利技术实施例模型构成及细观接触模型分布示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例模型构建锚固预紧力施加及剪切加载流程图；
[0031]图3为本专利技术实施例层状基质平行粘结模型及层理光滑节理模型参数标定示意图，其中图3(a)为单轴压缩试验标定岩石基质参数，图3(b)为剪切模拟物理试验对照标定层理参数；
[0032]图4为本专利技术实施例锚杆拉伸模拟标定锚杆参数示意图；
[0033]图5为本专利技术实施例剪切作用下抗剪强度及韧性增强示意图；
[0034]图6为本专利技术实施例层状岩体加锚剪切裂纹及位移场演化示意图，其中图6(a)为单锚杆，图6(b)为双锚杆；
[0035]图7为本专利技术实施例层状岩体端锚剪切增韧加固机理示意图，其中图7(a)为单锚杆，图7(b)为双锚杆；
[0036]图8为本专利技术实施例锚杆应力监测示意图，其中图8(a)为测量圆的布置，图8(b)为单锚，图8(c)为双锚。
具体实施方式
[0037]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0038]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0039]如图2所示，本实施例中提供恒定预紧力端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，其特征在于，包括以下步骤：确定试样尺寸和构件颗粒尺寸，生成端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流模型，获取层状岩石基质、锚杆及托盘构件；对所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件赋予不同接触模型及细观参数；基于赋予不同接触模型的所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件，对所述锚杆施加预紧力；基于施加预紧力的所述锚杆，对所述试样进行加载和监测，获取全剪切过程中所述锚杆的应力演化。2.如权利要求1所述的恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，其特征在于，所述模型包括试样、加载墙体和支护构件。3.如权利要求1所述的恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，其特征在于，获取层状岩石基质、锚杆及托盘构件的方法包括：基于所述端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流模型，根据边界条件生成式样外部加载墙体，生成层状岩石基质、锚杆及托盘构件。4.如权利要求2所述的恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值方法，其特征在于，对所述层状岩石基质、所述锚杆及所述托盘构件赋予不同接触模型及细观参数的方法包括：对所述层状岩石基质赋予平行粘结模型，对所述平行粘结模型赋予光滑节理模型，开展层状岩石的直剪模拟并与物理试验曲线对比以标定所述光滑节理模型的细观参数；对所述锚杆及所述托盘构件赋予所述平行粘结模型，通过所述锚杆拉伸试样获取所述锚杆的拉伸弹性模量及屈服强度，与所述锚杆拉伸试验进行对比确定所述锚杆的细观参数；对所述托盘构件、所述锚杆和所述加载墙体赋予Null接触模型。5.如权利要求4所述的恒定预紧力端锚粗糙层状岩体剪切增韧颗粒流数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹乾，任亚军，孟波，吴疆宇，张强，钱自卫，靖洪文，浦海，张凯，蔚立元，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：