FLAC3D中锚杆拉、剪破断力学模型二次开发及应用

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shizhongshan_2001
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为弥补FLAC3D中锚杆拉伸破断原始模型以任意锚杆单元节点塑性拉应变为破断判别标准的缺陷以及解决程序无法实现锚杆剪切破断的问题,本文基于PILE锚杆结构单元,依据实验室数据,提出新的拉、剪破坏准则,对原有拉、剪力学模型进行修正,建立拉、剪破断修正力学模型,并采用Fish编程语言二次开发,将修正模型嵌入到FLAC3D主程序中。分别采用锚杆拉、剪试验验证拉、剪破断修正力学模型的合理性,并分析了两种修正模型各自的工程适用性与可靠性,主要研究成果如下:(1)为进一步完善拉伸破断原始力学模型,建立以锚杆自由段整体伸长率为破断判别标准的拉伸破断修正力学模型,当自由段伸长率大于或等于锚杆破断伸长率时,构成锚杆自由段伸长量最大的结构单元发生破断;建立以剪力为破断判别标准的剪切破断修正力学模型,当杆体剪力大于或等于锚杆极限抗剪载荷时,锚杆发生剪切破断。(2)锚杆杆体拉伸试验中,拉伸破断原始模型杆体伸长率为预设破断伸长率的51.5%时,杆体过早发生破断,而拉伸破断修正模型杆体伸长率达到预设破断伸长率时发生拉伸破断,结果更加符合实际;锚杆杆体剪切试验中,剪切原始模型杆体所受剪力超过抗剪载荷时,随着剪切位移的增大,杆体的剪力呈现继续增大的现象,与实际不符,而剪切破断修正模型杆体剪切荷载-位移曲线呈现出剪切破断特征,达到了以剪力为判据的定量破断。(3)建立了一种锚杆以受拉为主的数值计算模型,实现了锚杆自由段端头及自由段与锚固段交界面位置的锚杆破断现象。拉伸破断修正模型只有位于巷帮的四根锚杆发生破断,而拉伸破断原始模型锚杆全部发生破断,修正模型结果更加符合实际;修正模型围岩最大水平及垂直位移分别为395mm和298mm,而原始模型围岩最大水平及垂直位移分别为428mm和332mm,原始模型较修正模型围岩变形强烈,这是由于原始模型锚杆全部破断导致的。(4)建立了一种锚杆穿交界面,以受剪为主的数值计算模型,本文以煤岩交界面大变形滑移回采巷道模型为例,剪切破断修正模型条件下,实现了肩角锚杆的剪切破断现象,且修正模型煤岩交界面最大滑移量比原始模型大13.1mm,结果更符合实际。(5)最后,将拉伸破断修正模型应用于分析肖家洼煤矿11采区玻璃钢锚杆破断失效问题,指出锚杆受掘进及相邻工作面侧向支承压力影响较小,在本工作超前支承压力作用下,锚杆自由段伸长率迅速增大,并超过其破断伸长率,进而发生破断。原有f16mm×1600mm玻璃钢锚杆自由段长度较小,极限伸长量较小,直径较小,抗拉载荷较小,不能给围岩提供足够的支护反力,于是对锚杆尺寸进行参数优化,最终确定杆体尺寸为(?)22mm×2200mm,此时杆体能够承受超前支承压力的影响并保持完整状态。
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