CN116562055B - 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法 - Google Patents

一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116562055B
CN116562055B CN202310825699.4A CN202310825699A CN116562055B CN 116562055 B CN116562055 B CN 116562055B CN 202310825699 A CN202310825699 A CN 202310825699A CN 116562055 B CN116562055 B CN 116562055B
Authority
CN
China
Prior art keywords
loading
displacement
unloading
anchor cable
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310825699.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116562055A (zh
Inventor
陈见行
张文博
马俊明
赵仪强
杨胜利
张俊文
赵洪宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CN202310825699.4A priority Critical patent/CN116562055B/zh
Publication of CN116562055A publication Critical patent/CN116562055A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116562055B publication Critical patent/CN116562055B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Piles And Underground Anchors (AREA)

Abstract

本发明属于锚索支护数值计算领域，具体涉及一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法。包括在FLAC3D中创建三维模型并划分网格；定义模型的本构模型、材料参数、边界条件、初始条件；大变形计算模式为true；利用锚索结构单元安装锚索并设置锚索结构单元材料参数；定义FISH函数recording，记录锚索拉拔端的拉拔力、拉拔位移；定义FISH函数incorporating；第一次加载，进行时间步计算直至第一次加载模拟位移；卸载，进行时间步计算直至卸载模拟位移；第二次加载，并进行时间步计算直至第二次加载模拟位移。本发明提出的方法能够克服传统加卸载拉拔实验获取结果单一且往往无法获取锚固界面剪切应力分布形态等缺点，有效揭示加卸载环境中的锚索支护锚固机制。

Description

一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法
技术领域
本发明属于锚索支护数值计算领域，具体涉及一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法。
背景技术
锚索支护是煤矿巷道支护中的一种重要支护元件。与锚杆相比，锚索的长度通常在3m以上，而且在实际施工中，可以根据需求动态调整锚索长度，从而具有锚固长度大、锚固深度可动态调节等优点。随着煤炭深井高应力赋存环境日趋普遍，锚索支护在煤矿巷道围岩加固中有着越来越广泛的应用前景。
在实际工程应用中，锚索周围岩土体中的应力可能突然处于升高的状态，此时锚索周围岩土体运动将对锚索形成加载效应。但随着应力环境改变，锚索周围岩土体中的应力可能又会处于降低状态，此时锚索处于卸载状态。因此，在实际工程环境中，锚索支护极有可能处于加卸载环境。
为了检验锚索支护在加卸载环境中的锚固性能，对锚索支护进行加卸载拉拔实验是一种重要方法。但加卸载拉拔实验首先需要配备加卸载拉拔设备，包括千斤顶、压力盒、位移传感器、泵站等一系列实验器材，因此需要投入大量的物力和资金，实验成本比较高。此外，开展加卸载拉拔实验需要多名施工人员协同工作，因此对人力资源的要求较高。
其次，开展加卸载拉拔实验往往只能得到单一的拉拔力、拉拔位移关系，往往很难获得实验过程中锚固界面剪切应力结果。这是由于锚固界面埋置在锚索锚固体内，不便于提取锚索锚固体内的数据。因此，开展加卸载拉拔实验，不便于分析加卸载过程中锚索支护内部的力学传递规律。最后，开展加卸载拉拔实验很难获得锚索周围岩土体内的应力分布形态，因此不便于分析加卸载环境中锚索支护周围岩土体内的应力演化规律。
与传统加卸载拉拔实验相比，数值模拟已经成为研究锚索支护锚固性能的重要手段。由于数值模拟能够基于时间步迭代的方式分析锚索支护锚固性能，因此，用户可以分析每个时间步时锚索支护锚固体内的力学传递特征及应力分布形态。
现有数值模拟技术在分析锚索支护锚固性能时，往往只局限于单调加载的受力环境，并不能反映锚索支护在加卸载环境中的锚固性能。因此，提出一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法对揭示锚索支护在加卸载环境中的锚固机理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法。该方法克服了传统加卸载拉拔实验实施成本高、获取结果单一等缺点，能够有效模拟加卸载环境中锚索支护的锚固性能。
本发明采用如下技术方案，提供一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法，包括如下步骤：在FLAC3D中创建三维模型并划分网格；定义模型的本构模型、材料参数、边界条件、初始条件；设置模型的大变形计算模式为true；利用锚索结构单元安装锚索并设置锚索结构单元材料参数；定义FISH函数recording，并利用FISH函数recording记录锚索拉拔端的拉拔力、拉拔位移；定义FISH函数incorporating；第一次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，进行时间步计算直至第一次加载模拟位移；卸载，在锚索拉拔端设置恒定的推入速度，并进行时间步计算直至卸载模拟位移；第二次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，并进行时间步计算直至第二次加载模拟位移。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述边界条件为：与锚索安装方向垂直且通过锚索拉拔端的边界面为滚筒支撑。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述锚索结构单元材料参数包括：grout-friction为0；grout-cohesion为0；grout-stiffness为1×1011；slide为false；young与锚索杨氏模量一致；grout-perimeter与锚索周长一致；cross-sectional-area与锚索横截面积一致。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述FISH函数recording逻辑结构如下：在每一次时间步计算时取出锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的地址，将其赋值给变量location；取出该节点沿拉拔方向的不平衡力，将该不平衡力取绝对值后赋值给变量force；取出该节点沿拉拔方向的位移，将该位移取绝对值后赋值给变量displacement；所述变量force为所述锚索拉拔端的拉拔力，所述变量displacement为所述锚索拉拔端的拉拔位移。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述FISH函数incorporating根据用户设定的参数自动修正锚固界面黏结滑移关系，其逻辑结构如下：在每一次时间步计算时取出锚索结构单元头指针并赋值给变量address；基于变量address，遍历锚索结构单元所有构件；遍历至任意一构件时，提取该构件第一号节点沿拉拔方向的位移并将其传递给变量s_m，将s_m代入第一公式并将计算结果传递给变量stress_Nm；将变量stress_Nm传递给该构件的struct.cable.grout.cohesion函数；
所述第一公式为，公式中：F为单位长度锚固界面剪切力；/>为锚索杨氏模量；/>为锚索横截面积；k和t为调节系数；s为锚固界面剪切滑移量。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述拉拔速度与所述推入速度大小相等，小于等于1×10-6m/s，拉拔与推入方向相反。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述拉拔速度和所述推入速度通过锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的component-id进行定位。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第一次加载模拟位移由用户自行设定，其与加卸载拉拔实验第一次加载阶段内拉拔力最大值对应的拉拔位移间相对差值为第一次加载模拟位移相对差值；采用第二公式计算，所述第二公式为，公式中：/>为第一次加载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为第一次加载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验第一次加载阶段内拉拔力最大值对应的拉拔位移。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述卸载模拟位移由用户自行设定，其与加卸载拉拔实验卸载阶段内拉拔力最小值对应的拉拔位移间相对差值为卸载模拟位移相对差值；采用第三公式计算，所述第三公式为，公式中：/>为卸载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为卸载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验卸载阶段内拉拔力最小值对应的拉拔位移。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第二次加载模拟位移等于加卸载拉拔实验第二次加载阶段最后时刻的拉拔位移。
作为上述技术方案的进一步描述：
第一次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：第一次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；/>第一次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%，所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算；
所述第四公式为：，公式中：P为拉拔力，d为拉拔位移；
所述第五公式为：，公式中：/>为数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值；/>为数值模拟中最大拉拔力；/>为加卸载拉拔实验中最大拉拔力。
作为上述技术方案的进一步描述：
卸载阶段内调节系数k和t与第一次加载阶段内调节系数k和t的数值相同。
作为上述技术方案的进一步描述：
第二次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移校零，即将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移减去第二次加载阶段初始的拉拔位移，得到拉拔位移校零后的拉拔力、拉拔位移关系；将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：第二次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；第二次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%；所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算。
本发明的有益效果主要包括：
1.提出了一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法。利用该方法能够模拟锚索支护在加卸载环境中的锚固性能，与传统加卸载拉拔实验相比，无需准备拉拔设备且无需动用大量的人力资源，因此经济成本低且可节省人力资源。
2.定义了FISH函数incorporating。用户可以将非线性黏结滑移模型嵌入锚索结构单元内，从而无需遵从FLAC3D中锚索结构单元的原始黏结滑移模型，克服了原始黏结滑移模型无法考虑锚固界面剪切破坏的缺陷。此外，本发明使用的非线性黏结滑移模型为闭合方程，克服了原始黏结滑移模型需要分段处理锚固界面弹性变形和塑性变形的缺陷。
3.针对第一次加载和第二次加载，分别给出了调节系数k和t的调参方法。用户可以根据已有的加卸载拉拔实验数据，调参得到系数k和t；进而将调节系数k和t代入本发明使用的非线性黏结滑移模型中，以得到锚固界面黏结滑移关系。基于该锚固界面黏结滑移关系，用户可模拟加卸载环境中锚索支护锚固性能。
4.利用本发明提出的方法，可以研究加卸载环境中锚固界面剪切应力分布规律及锚索周围岩土体内的应力分布形态。因此，本发明提出的方法能够克服传统加卸载拉拔实验获取结果单一且往往无法获取锚固界面剪切应力分布形态等缺点，有效揭示加卸载环境中的锚索支护锚固机制。
附图说明
构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明所述一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法的实施步骤；
图2是本发明所述FISH函数recording的逻辑结构图；
图3是本发明所述FISH函数incorporating的逻辑结构图；
图4是加卸载拉拔实验结果与本发明模拟结果对比图；
图5是本发明模拟结果导出的锚固界面剪切应力分布图；
图6是本发明模拟结果导出的锚固体内沿着拉拔方向的正应力分布图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法，包括如下步骤：在FLAC3D中创建三维模型并划分网格；定义模型的本构模型、材料参数、边界条件、初始条件；设置模型的大变形计算模式为true；利用锚索结构单元安装锚索并设置锚索结构单元材料参数；定义FISH函数recording，并利用FISH函数recording记录锚索拉拔端的拉拔力、拉拔位移；定义FISH函数incorporating；第一次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，进行时间步计算直至第一次加载模拟位移；卸载，在锚索拉拔端设置恒定的推入速度，并进行时间步计算直至卸载模拟位移；第二次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，并进行时间步计算直至第二次加载模拟位移。
在一具体实施例中：
所述边界条件为：与锚索安装方向垂直且通过锚索拉拔端的边界面为滚筒支撑。
在一具体实施例中：
所述锚索结构单元材料参数包括：grout-friction为0；grout-cohesion为0；grout-stiffness为1×1011；slide为false；young与锚索杨氏模量一致；grout-perimeter与锚索周长一致；cross-sectional-area与锚索横截面积一致。
在一具体实施例中：
如图2所示，所述FISH函数recording逻辑结构如下：在每一次时间步计算时取出锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的地址，将其赋值给变量location；取出该节点沿拉拔方向的不平衡力，将该不平衡力取绝对值后赋值给变量force；取出该节点沿拉拔方向的位移，将该位移取绝对值后赋值给变量displacement；所述变量force为所述锚索拉拔端的拉拔力，所述变量displacement为所述锚索拉拔端的拉拔位移。
在一具体实施例中：
如图3所示，所述FISH函数incorporating根据用户设定的参数自动修正锚固界面黏结滑移关系，其逻辑结构如下：在每一次时间步计算时取出锚索结构单元头指针并赋值给变量address；基于变量address，遍历锚索结构单元所有构件；遍历至任意一构件时，提取该构件第一号节点沿拉拔方向的位移并将其传递给变量s_m，将s_m代入第一公式并将计算结果传递给变量stress_Nm；将变量stress_Nm传递给该构件的struct.cable.grout.cohesion函数；
所述第一公式为，公式中：F为单位长度锚固界面剪切力；/>为锚索杨氏模量；/>为锚索横截面积；k和t为调节系数；s为锚固界面剪切滑移量。
在一具体实施例中：
所述拉拔速度与所述推入速度大小相等，小于等于1×10-6m/s，拉拔与推入方向相反。
在一具体实施例中：
所述拉拔速度和所述推入速度通过锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的component-id进行定位。
在一具体实施例中：
所述第一次加载模拟位移由用户自行设定，其与加卸载拉拔实验第一次加载阶段内拉拔力最大值对应的拉拔位移间相对差值为第一次加载模拟位移相对差值；采用第二公式计算，所述第二公式为，公式中：/>为第一次加载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为第一次加载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验第一次加载阶段内拉拔力最大值对应的拉拔位移。
在一具体实施例中：
所述卸载模拟位移由用户自行设定，其与加卸载拉拔实验卸载阶段内拉拔力最小值对应的拉拔位移间相对差值为卸载模拟位移相对差值；采用第三公式计算，所述第三公式为，公式中：/>为卸载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为卸载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验卸载阶段内拉拔力最小值对应的拉拔位移。
在一具体实施例中：
所述第二次加载模拟位移等于加卸载拉拔实验第二次加载阶段最后时刻的拉拔位移。
在一具体实施例中：
第一次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：第一次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；/>第一次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%，所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算；
所述第四公式为：，公式中：P为拉拔力，d为拉拔位移；
所述第五公式为：，公式中：/>为数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值；/>为数值模拟中最大拉拔力；/>为加卸载拉拔实验中最大拉拔力。
在一具体实施例中：
卸载阶段内调节系数k和t与第一次加载阶段内调节系数k和t的数值相同。
在一具体实施例中：
第二次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移校零，即将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移减去第二次加载阶段初始的拉拔位移，得到拉拔位移校零后的拉拔力、拉拔位移关系；将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：(1) 第二次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；第二次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%；所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算。
为了检验本发明的有效性，以T. Aoki (2003)开展的锚索加卸载拉拔实验为案例(Pull tests of long-embedded cablebolts)进行模拟，在该案例中，T.Aoki对锚固长度为4m且直径为15.2mm的锚索进行了加卸载拉拔实验。
为了模拟该案例，在FLAC3D中创建三维模型，沿X轴、Y轴、Z轴方向的长度分别为4m、0.4m、0.4m；沿着X轴、Y轴、Z轴方向划分单元体的数量分别为65、10、10。定义模型为弹性模型，定义杨氏模量为20GPa，泊松比为0.25；设定X=4的平面边界条件为滚筒支撑；初始条件定义为密度等于2300kg/m3。定义大变形计算模式为false。沿X轴方向在模型内部安装锚索结构单元，起点坐标为(0, 0.2, 0.2)，终点坐标为(4, 0.2, 0.2)，将锚索结构单元划分成65个锚固构件。定义锚索结构单元材料参数，包括grout-friction为0，grout-cohesion为0，grout-stiffness为100GPa，slide为false，young为210GPa，grout-perimeter为47.75mm，cross-sectional-area为181.46mm2。定义FISH函数recording，并利用其记录锚索拉拔端的拉拔力、拉拔位移。定义FISH函数incorporating，并利用其自动修正锚固界面黏结滑移关系。
对锚索进行第一次加载。在第一次加载过程中，根据本发明提出的方法，计算得到调节系数k=6.55mm，t=950mm，第一次加载模拟位移s 1为11.1mm。在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，大小为1×10-6m/s，进行时间步计算且时间步数为11100。
随后对锚索进行卸载。根据本发明提出的方法，计算得到卸载模拟位移s 2为3.2mm。因此，在锚索拉拔端设置恒定的推入速度，其与所述拉拔速度大小相等，方向相反。进行时间步计算且时间步数为3200。
最后，对锚索进行第二次加载。在第二次加载过程中，根据本发明提出的方法，计算得到调节系数k=2.3mm，t=322mm，第二次加载模拟位移为12.1mm。因此，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，大小为1×10-6m/s，进行时间步计算且时间步数为12100。
加卸载拉拔实验结果与本发明数值模拟结果对比情况如图4所示。在该图中，离散的圆圈表示加卸载拉拔实验结果，连续的线条表示本发明数值模拟结果。可以看出，本发明数值模拟结果与加卸载拉拔实验结果高度一致，充分证明了本发明的有效性。基于本发明提出的方法，可以准确模拟锚索支护在加卸载环境中的锚固性能。
此外，利用本发明提出的方法可以获得锚索支护锚固界面剪切应力分布规律。以本案例为例，在FLAC3D中可以导出第一次加载结束时、卸载结束时、第二次加载结束时锚索结构单元锚固界面剪切应力分布数据，如图5所示。基于该结果，用户可分析锚索支护在不同加卸载阶段时锚固界面剪切应力演化规律。
而且，利用本发明提出的方法可获得锚固体（锚固体指的是锚杆、锚固剂、围岩组合成的整体）内的应力分布规律。以本案例为例，在FLAC3D中可导出第一次加载结束时、卸载结束时、第二次加载结束时锚固体内沿着拉拔方向的正应力分布数据，如图6所示。基于该结果，用户可分析锚固体在不同加卸载阶段时内部应力演化规律。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法，其特征在于，包括如下步骤：在FLAC3D中创建三维模型并划分网格；定义模型的本构模型、材料参数、边界条件、初始条件；设置模型的大变形计算模式为true；利用锚索结构单元安装锚索并设置锚索结构单元材料参数；
定义FISH函数recording，并利用FISH函数recording记录锚索拉拔端的拉拔力、拉拔位移；所述FISH函数recording逻辑结构为：在每一次时间步计算时取出锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的地址，将其赋值给变量location；取出该节点沿拉拔方向的不平衡力，将该不平衡力取绝对值后赋值给变量force；取出该节点沿拉拔方向的位移，将该位移取绝对值后赋值给变量displacement；
定义FISH函数incorporating；所述FISH函数incorporating根据用户设定的参数自动修正锚固界面黏结滑移关系，其逻辑结构为：在每一次时间步计算时取出锚索结构单元头指针并赋值给变量address；基于变量address，遍历锚索结构单元所有构件；遍历至任意一构件时，提取该构件第一号节点沿拉拔方向的位移并将其传递给变量s_m，将s_m代入第一公式并将计算结果传递给变量stress_Nm；将变量stress_Nm传递给该构件的struct.cable.grout.cohesion函数；
所述第一公式为，公式中：F为单位长度锚固界面剪切力；为锚索杨氏模量；/>为锚索横截面积；k和t为调节系数；s为锚固界面剪切滑移量；
第一次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，进行时间步计算直至第一次加载模拟位移；卸载，在锚索拉拔端设置恒定的推入速度，并进行时间步计算直至卸载模拟位移；第二次加载，在锚索拉拔端设置恒定的拉拔速度，并进行时间步计算直至第二次加载模拟位移；
第一次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：①第一次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；②第一次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%，所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算；
所述第四公式为：，公式中：P为拉拔力，d为拉拔位移；
所述第五公式为：，公式中：/>为数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值；/>为数值模拟中最大拉拔力；/>为加卸载拉拔实验中最大拉拔力；
卸载阶段内调节系数k和t与第一次加载阶段内调节系数k和t的数值相同；
第二次加载阶段内，调节系数k和t采用如下方式调参获得：将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移校零，即将加卸载拉拔实验中第二次加载阶段内的拉拔位移减去第二次加载阶段初始的拉拔位移，得到拉拔位移校零后的拉拔力、拉拔位移关系；将调节系数k和t代入第四公式直至同时满足以下两个条件：①第二次加载阶段内，数值模拟中拉拔力、拉拔位移关系曲线与加卸载拉拔实验中拉拔力、拉拔位移关系曲线整体趋势一致；②第二次加载阶段内，数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值小于等于5%；所述数值模拟中最大拉拔力与加卸载拉拔实验中最大拉拔力间相对差值采用第五公式计算。
2.根据权利要求1所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述边界条件为：与锚索安装方向垂直且通过锚索拉拔端的边界面为滚筒支撑。
3.根据权利要求1所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述锚索结构单元材料参数包括：grout-friction为0；grout-cohesion为0；grout-stiffness为；slide为false；young与锚索杨氏模量一致；grout-perimeter与锚索周长一致；cross-sectional-area与锚索横截面积一致。
4.根据权利要求1所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述拉拔速度与所述推入速度大小相等，小于等于，拉拔与推入方向相反；所述拉拔速度和所述推入速度通过锚索拉拔端位置处锚索结构单元节点的component-id进行定位。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述第一次加载模拟位移由用户自行设定，采用第二公式计算，所述第二公式为，公式中：为第一次加载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为第一次加载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验第一次加载阶段内拉拔力最大值对应的拉拔位移。
6.根据权利要求5所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述卸载模拟位移由用户自行设定，采用第三公式计算，所述第三公式为，公式中：/>为卸载模拟位移相对差值，小于等于5%；/>为卸载模拟位移；/>为加卸载拉拔实验卸载阶段内拉拔力最小值对应的拉拔位移。
7.根据权利要求6所述的锚固性能确定方法，其特征在于，所述第二次加载模拟位移等于加卸载拉拔实验第二次加载阶段最后时刻的拉拔位移。
CN202310825699.4A 2023-07-07 2023-07-07 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法 Active CN116562055B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310825699.4A CN116562055B (zh) 2023-07-07 2023-07-07 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310825699.4A CN116562055B (zh) 2023-07-07 2023-07-07 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116562055A CN116562055A (zh) 2023-08-08
CN116562055B true CN116562055B (zh) 2023-09-29

Family

ID=87502152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310825699.4A Active CN116562055B (zh) 2023-07-07 2023-07-07 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116562055B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117113512B (zh) * 2023-09-20 2024-02-09 中国矿业大学(北京) 一种考虑锚固界面破坏后力学行为的数值计算方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108716227A (zh) * 2018-05-28 2018-10-30 青岛理工大学 一种全长黏结gfrp抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法
CN110057699A (zh) * 2019-03-19 2019-07-26 长安大学 一种锚固系统拉拔装置、拉拔检测装置和方法
CN112982509A (zh) * 2021-02-24 2021-06-18 浙江大学 基于现场拉拔试验的复合地层中预应力锚索轴力传递规律数学模型的构建方法
CN115795924A (zh) * 2023-02-07 2023-03-14 中国矿业大学(北京) 一种针对压花锚索的数值模拟方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108716227A (zh) * 2018-05-28 2018-10-30 青岛理工大学 一种全长黏结gfrp抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法
CN110057699A (zh) * 2019-03-19 2019-07-26 长安大学 一种锚固系统拉拔装置、拉拔检测装置和方法
CN112982509A (zh) * 2021-02-24 2021-06-18 浙江大学 基于现场拉拔试验的复合地层中预应力锚索轴力传递规律数学模型的构建方法
CN115795924A (zh) * 2023-02-07 2023-03-14 中国矿业大学(北京) 一种针对压花锚索的数值模拟方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A study of the load transfer behavior of fully grouted rock bolts with analytical modelling;jianhang CHEN等;International Journal of Mining Science and Technology;第30卷(第1期);105-109 *
Study on the lagging support mechanism of anchor cable in coal roadway based on FLAC3D Modified model;Xianyu WANG等;Advances in civil Engineering;2021年(9919454);1-12 *
基于FLAC~(3D)的中空注浆锚索数值分析;刘娜;黄中峰;郑西贵;;煤矿安全(06);194-197 *
对拉锚杆、锚索的承载特性与加固效果分析;王晓卿;;煤炭学报(第S2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116562055A (zh) 2023-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Andreotti et al. Detailed micro-modelling of the direct shear tests of brick masonry specimens: the role of dilatancy
CN116562055B (zh) 一种加卸载环境中锚索支护锚固性能确定方法
Lee et al. Model for the shear behavior of rock joints under CNL and CNS conditions
CN110705165A (zh) 一种构建岩石材料弹塑性-损伤耦合力学本构模型的方法
CN110017135B (zh) 一种裂缝性地层井壁裂缝扩展压力预测方法
CN104794365A (zh) 一种基于数学模型预测锚杆极限承载力的计算方法
Wang et al. Shear stress relaxation behavior of rock discontinuities with different joint roughness coefficient and stress histories
Wu et al. A modified strain-softening model with multi-post-peak behaviours and its application in circular tunnel
Wang et al. A nonlinear creep damage model of layered rock under unloading condition
CN110441174B (zh) 一种研究循环动荷载下应变硬化土疲劳损伤判定的方法
Kumar et al. A rate independent cohesive zone model for modeling failure in quasi-brittle materials
Gao New expanding cavity model for indentation hardness including strain-hardening and indentation size effects
Valko et al. A Continuum-Damage-Mechanics Model of Hydraulic Fracturing (includes associated papers 26282, 26303, 27734 and 27738)
Kang et al. Failure analysis of R/C columns using a triaxial concrete model
Wang et al. Numerical analysis method of shear properties of infilled joints under constant normal stiffness condition
CN112307547B (zh) 隧道掌子面支护压力设计方法
Gallyamov et al. Long-term behaviour of a dam affected by alkali–silica reaction studied by a multi-scale model
Prieto-Muñoz et al. An elastic analysis that predicts the pull-out capacity of adhesive anchors
Parsapour et al. Prediction of swelling rocks strain in tunneling
Shafaie et al. 3D finite element modelling of bond-slip between rebar and concrete in pull-out test
Li et al. A Hypoelastic Dynamic Constitutive Model to Account for the Hysteretic Behaviour of Soil Subjected to Cyclic Loads
Feng et al. Nonlinear Constitutive Model of Rock Joint in Geological Structure and Application of Implicit Return Mapping Algorithm
CN113884371B (zh) 一种基于温度效应计算围岩蠕变时间的方法及其计算装置
Xu et al. The effect of the rheological stability of a dam tunnel’surrounding rock linking to different buried depth
Cusatis et al. 3D Lattice model for dynamic simulations of creep, fracturing and rate effect in concrete

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant