【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于巷道围岩控制领域，具体涉及一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法。
技术介绍
1、压花锚索是巷道围岩控制中一种岩土加固构件。与普通锚索相比，压花锚索沿索体延伸方向具有凸起的压花结构。因此，当压花锚索用于岩土加固时，压花结构可与锚固剂耦合在一起，形成楔形咬合结构，并可成倍地提高锚固力。
2、为了揭示压花锚索锚固性能，研究人员往往对压花锚索开展室内或现场锚固实验，即将锚索从岩土体中拉拔出来。在拉拔过程中，记录锚固力及拉拔位移，从而获得锚固力与拉拔位移间关系曲线，即锚固性能曲线。随后，研究人员可定量评判锚索锚固性能。
3、室内实验、现场实验虽然能客观地反映锚索锚固性能，但其往往依赖大量的实验设备及经费投入。与室内实验、现场实验相比，数值计算具有操作方便、资金投入成本低、能动态地显示锚固系统内应力应变分布特征等优点。因此，数值计算在现代岩土锚固性能分析中逐渐发挥至关重要的作用。
4、在数值计算领域，由itasca公司开发的锚单元普遍应用于锚索支护模拟中。但直接应用原始锚单元并不能准确反映压花锚索峰值荷载后的力学特性。压花锚索受载且达到峰值荷载(即最大锚固力)后，压花结构周期性地与锚固剂发生脱黏、咬合行为，导致锚固力在峰值荷载后表现出周期性上升、下降这种振荡行为。在峰值荷载后，会表现出多个波峰、波谷。但原始锚单元未考虑到压花锚索这一峰值荷载后的力学特性。因此，提出一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法对揭示压花锚索锚固机理具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法。
2、本专利技术采用如下技术方案，提供一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，包括如下步骤：在flac3d中创建网格；设置网格本构模型、材料参数、边界条件；在网格中利用structure cable create命令创建锚单元并模拟锚索；定义锚单元四项参数；定义fish函数curve并要求该fish函数curve在每个时间步均自动执行；将实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围划分为n个阶段，所述n个阶段的连接点为实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围内的波峰、波谷；定义fish函数vibration并要求该fish函数vibration在每个时间步均自动执行；设置结构单元阻尼振荡模式为combined-local；设置大变形计算模式为true；记录fish变量force、disp；对锚单元最外侧节点施加沿拉拔方向且恒定的拉拔速度，大小为1×10-6m/s；以时间步方式进行加载。
3、作为上述技术方案的进一步描述：
4、所述边界条件为最靠近锚单元拉拔端的边界面为滚筒支撑，其它边界面为自由边界。
5、作为上述技术方案的进一步描述：
6、所述四项参数为：grout-stiffness、grout-cohesion、young、cross-sectional-area；所述grout-cohesion参数采用第一公式计算获得。
7、作为上述技术方案的进一步描述：
8、所述fish函数curve采用如下逻辑结构：按照第二公式计算，并将结果赋值给变量disp；获取网格节点头指针并赋值给变量pnt_gp；定义变量sum并将其设置为零；遍历所有网格节点，判断所遍历的网格节点是否位于最靠近锚单元拉拔端的边界面上，若是，将变量pnt_gp沿拉拔方向的不平衡力取出，将该不平衡力与变量sum求和后赋值给变量sum。
9、作为上述技术方案的进一步描述：
10、所述fish函数vibration采用如下逻辑结构：获取锚单元头指针并赋值给变量pnt_cable；遍历所有锚单元；当遍历至每个锚单元时，判断变量disp位于所述n个阶段中的第i个阶段(1≤i≤n)，其中n、i均为变量；将第i个阶段起始点对应的实验锚固力赋值给变量y1，对应的实验拉拔位移赋值给变量x1；将第i个阶段结束点对应的实验锚固力赋值给变量y2，对应的实验拉拔位移赋值给变量x2；将变量y1、y2、x1、x2代入第三公式、第四公式以分别得到变量k、变量b；将变量k、变量b代入第五公式并将结果赋值给变量pnt_cable对应的struct.cable.grout.cohesion参数。
11、作为上述技术方案的进一步描述：
12、所述第一公式为：公式中：cb1为锚固界面初始内聚力；fp为基于实验获得的锚固性能曲线中的峰值荷载；l为锚索长度。
13、作为上述技术方案的进一步描述：
14、所述第二公式为：d＝v·s；公式中：d为拉拔位移；v为拉拔速度；s为时间步数。
15、作为上述技术方案的进一步描述：
16、所述第三公式为：
17、作为上述技术方案的进一步描述：
18、所述第四公式为：
19、作为上述技术方案的进一步描述：
20、所述第五公式为：cb2＝ks+b；cb2为锚固界面动态内聚力。
21、本专利技术有益效果如下：
22、(1)定义了fish函数vibration并利用该fish函数vibration实现了对压花锚索峰值荷载后力学特性的模拟。在该fish函数vibration执行过程中，用户可根据实验中获得的锚索锚固性能曲线特点，将锚索峰值荷载后的锚固性能曲线划分为n个阶段。针对每个峰值荷载后的阶段，本专利技术设计了所述第三公式、第四公式，能模拟锚索峰值荷载后的力学特性。
23、(2)本专利技术设计了所述第五公式。利用所述第五公式，用户可动态地修正锚索峰值荷载后的锚固性能。从而可根据实验中锚索峰值荷载后的锚固性能特点，动态地修正锚固界面内聚力，最终能够模拟锚索峰值荷载后锚固力周期性上升、下降这种振荡行为。
24、(3)定义了fish函数curve并利用该fish函数curve自动记录了锚索锚固力。在记录过程中，通过提取最靠近锚单元拉拔端边界面上沿拉拔方向的不平衡力，计算得到锚索锚固力。这克服了提取锚索拉拔端沿拉拔方向不平衡力容易受到系统失效而发生突变的缺陷，能够得到比较稳定的锚固性能曲线。
25、(4)在锚索峰值荷载后的阶段，用户可输出锚索轴力分布数据，从而揭示锚索在峰值荷载后且锚固力处于振荡过程中的轴力分布规律，有助于研究人员更好地掌握压花锚索锚固特性。
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1.一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，包括：在FLAC3D中创建网格；设置网格本构模型、材料参数、边界条件；在网格中利用structure cablecreate命令创建锚单元并模拟锚索；定义锚单元四项参数；定义FISH函数curve并要求该FISH函数curve在每个时间步均自动执行；将实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围划分为n个阶段，所述n个阶段的连接点为实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围内的波峰、波谷；定义FISH函数vibration并要求该FISH函数vibration在每个时间步均自动执行；设置结构单元阻尼振荡模式为combined-local；设置大变形计算模式为true；记录FISH变量force、disp；对锚单元最外侧节点施加沿拉拔方向且恒定的拉拔速度，大小为1×10-6m/s；以时间步方式进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述边界条件为最靠近锚单元拉拔端的边界面为滚筒支撑，其它边界面为自由边界。
3.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载
4.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述FISH函数curve采用如下逻辑结构：按照第二公式计算，并将结果赋值给变量disp；获取网格节点头指针并赋值给变量pnt_gp；定义变量sum并将其设置为零；遍历所有网格节点，判断所遍历的网格节点是否位于最靠近锚单元拉拔端的边界面上，若是，将变量pnt_gp沿拉拔方向的不平衡力取出，将该不平衡力与变量sum求和后赋值给变量sum。
5.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述FISH函数vibration采用如下逻辑结构：获取锚单元头指针并赋值给变量pnt_cable；遍历所有锚单元；当遍历至每个锚单元时，判断变量disp位于所述n个阶段中的第i个阶段(1≤i≤n)，其中n、i均为变量；将第i个阶段起始点对应的实验锚固力赋值给变量y1，对应的实验拉拔位移赋值给变量x1；将第i个阶段结束点对应的实验锚固力赋值给变量y2，对应的实验拉拔位移赋值给变量x2；将变量y1、y2、x1、x2代入第三公式、第四公式以分别得到变量k、变量b；将变量k、变量b代入第五公式并将结果赋值给变量pnt_cable对应的struct.cable.grout.cohesion参数。
6.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述第一公式为：公式中：cb1为锚固界面初始内聚力；Fp为基于实验获得的锚固性能曲线中的峰值荷载；L为锚索长度。
7.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述第二公式为：d＝v·s；公式中：d为拉拔位移；v为拉拔速度；s为时间步数。
8.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述第三公式为：
9.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述第四公式为：
10.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述第五公式为：cb2＝ks+b；cb2为锚固界面动态内聚力。
...【技术特征摘要】
1.一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，包括：在flac3d中创建网格；设置网格本构模型、材料参数、边界条件；在网格中利用structure cablecreate命令创建锚单元并模拟锚索；定义锚单元四项参数；定义fish函数curve并要求该fish函数curve在每个时间步均自动执行；将实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围划分为n个阶段，所述n个阶段的连接点为实验中获得的锚固性能曲线峰值荷载后范围内的波峰、波谷；定义fish函数vibration并要求该fish函数vibration在每个时间步均自动执行；设置结构单元阻尼振荡模式为combined-local；设置大变形计算模式为true；记录fish变量force、disp；对锚单元最外侧节点施加沿拉拔方向且恒定的拉拔速度，大小为1×10-6m/s；以时间步方式进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述边界条件为最靠近锚单元拉拔端的边界面为滚筒支撑，其它边界面为自由边界。
3.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述四项参数为：grout-stiffness、grout-cohesion、young、cross-sectional-area；所述grout-cohesion参数采用第一公式计算获得。
4.根据权利要求1所述的一种反映压花锚索峰值荷载后力学特性的确定方法，其特征在于，所述fish函数curve采用如下逻辑结构：按照第二公式计算，并将结果赋值给变量disp；获取网格节点头指针并赋值给变量pnt_gp；定义变量sum并将其设置为零；遍历所有网格节点，判断所遍历的网格节点是否位于最靠近锚单元拉拔端的边界面上，...
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