[发明专利]全长粘结型锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测方法

权利要求书

1.一种全长粘结型锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1开展岩体的无锚节理和锚固节理直剪试验，分别得到节理面剪切荷载-剪切位移曲线；

S2将节理面与锚杆的交点定为O点，锚固端定为C点，当锚杆发生弯曲时，测量锚杆与节理面的夹角，通过弹性地基梁理论计算所述O点的转动角，根据材料应力-应变关系，并且考虑法向荷载对锚杆轴向应变的抑制作用，计算锚杆锚固端C点轴力，得到锚固端C点轴力和剪切位移的对应数据，从而计算所述O点的剪力和轴力；

S3根据步骤S2得到的数据，由步骤S1中无锚节理直剪试验的试验结果计算节理摩擦角φ_j，利用莫尔-库伦准则，计算锚杆贡献的抗剪强度τ，得到锚杆贡献的抗剪强度-剪切位移曲线，其中，锚杆贡献的抗剪强度公式为：

式中，τ为锚杆贡献的抗剪强度，φ_j为节理摩擦角，β为锚杆与节理面的夹角，ω_o为O点的转动角，N_o为O点的轴力，Q_o为O点的剪力；

S4将步骤S1中无锚节理直剪试验得到的所述节理面剪切荷载-剪切位移曲线和步骤S3中得到的所述锚杆贡献的抗剪强度-剪切位移曲线相加，可得到锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测曲线；

其中，步骤S2中“根据材料应力-应变关系，并且考虑法向荷载对锚杆轴向应变的抑制作用，计算锚杆锚固端C点轴力”中，引入衰减参数g来描述法向应力对锚杆轴力应变的衰减规律，锚固端C点轴力公式为：

式中，g为衰减参数，a、b为试验参数，S为O点的剪切位移，A为锚杆的横截面面积，E为锚杆的杨氏模量；

步骤S2中，将锚杆视作弯曲角度不断增大的弯曲杆件，基于弯曲杆件中的静力平衡条件和弹性地基梁理论，描述锚杆在弹性阶段时，所述O点轴力公式为：

式中，g为衰减参数，a、b为试验参数，S为O点的剪切位移，A为锚杆的横截面面积，E为锚杆的杨氏模量，k为弹性地基的模量，β为锚杆与节理面的夹角，ω_o为O点的转动角，I_b为锚杆的转动惯量；

步骤S2中“根据材料应力-应变关系，并且考虑法向荷载对锚杆轴向应变的抑制作用，计算锚杆锚固端C点轴力”中，在塑性阶段锚固端C点轴力公式为：

N_C＝ε_eAE+(ε_C-ε_e)AE_p

式中，ε_e为材料到达屈服强度时 对应的应变，A为锚杆的横截面面积，E为锚杆的杨氏模量，E_p为塑性模量；

步骤S2中，所述锚杆在塑性阶段时，将锚杆上剪切力为0、弯矩达到最大值的点定为A点，所述O点轴力公式为：

式中，N_op为O点在塑性阶段的轴力，g为衰减参数，ε_e为材料到达屈服强度时 对应的应变，A为锚杆的横截面面积，E为锚杆的杨氏模量，ε_c是关于O点的剪切位移S的函数，E_p为塑性模量，Q_e为达到屈服应力时的剪切力，L_A为AB段的长度，ω_oe为到达屈服强度时O点的转动角，S_p为锚杆O点在塑性阶段的剪切位移，β为锚杆与节理面的夹角，Q_e为锚杆屈服时的剪切力。

2.如权利要求1所述的全长粘结型锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测方法，其特征在于，步骤S2中，所述锚杆在弹性阶段时，根据弹性地基梁理论，所述O点的剪力公式为：

式中，Q_o为O点的剪力，k为弹性地基的模量，S为O点的剪切位移，β为锚杆与节理面的夹角，E为锚杆的杨氏模量，I_b为锚杆的转动惯量。

3.如权利要求1所述的全长粘结型锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测方法，其特征在于，所述衰减参数g的公式为：

式中，σ_n为法向应力，单位为MPa，c为拟合参数。

4.如权利要求1所述的全长粘结型锚固节理面剪切荷载-剪切位移曲线预测方法，其特征在于，步骤S2中，所述锚杆在塑性阶段时，所述O点的剪力公式为：

Q_op＝Q_e

式中，Q_op为O点的剪力，Q_e为达到屈服应力时的剪切力。