[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

说明书

本发明提供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，包括以下步骤：开展岩体节理直剪试验，得到节理面剪切荷载‑剪切位移曲线；将节理面与锚杆的交点定为O点，锚固端定位C点，当锚杆发生弯曲时，测量锚杆与节理面的夹角，计算锚杆锚固端C点轴力，从而计算所述O点的剪力和轴力；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，从而可得到锚固节理面剪切荷载‑剪切位移曲线预测曲线。本发明提出的技术方案考虑法向荷载对锚杆轴向应变的抑制作用计算锚固端C点轴力，获取锚固节理面剪切强度预测曲线，对预测矿山、洞室锚固岩体受剪切失效破坏有很好的指导意义。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验装置技术领域，尤其涉及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。

背景技术

锚杆广泛应用于岩石开挖中对裂隙岩体的加固和降低岩体边坡的变形，锚固工程可以有效的提高岩石节理的抗剪强度。锚固节理的剪切力学反应是复杂的，影响锚固节理抗剪强度的因素包括节理粗糙度、岩石强度、界面粘结特性、锚固角度、锚杆性能、预应力等，众多的学者对这些影响因素做了大量的研究。然而，法向荷载对锚杆剪切力学行为的影响被学者们忽略。

此外，学者们提出了很多分析模型来描述在剪切荷载下锚固岩体节理面剪切过程中的力学响应，但是大多数都集中在锚杆产生的销钉力，很少有人能成功的预测锚杆中轴力的变化。对锚固节理抗剪强度贡献主要有三个影响因素：一、横向与锚杆轴线的销钉力；二、在剪切过程中，将锚杆拉向剪切方向所产生的轴力；三、节理面的摩擦性能。最早，Pellet和Egger在考虑锚杆在节理面附近发生拉伸变形、剪切变形和局部转动，描述出完整的剪切应力应变曲线。Maekawa和Qureshi提出了考虑轴向载荷的分析模型，将锚固岩体节理的整体剪切力简化为锚杆的销钉剪切力。Li等人提出了锚固岩石节理的分析模型，该模型能够估算双剪试验的极限抗剪强度。

这些分析模型都忽略了法向荷载对锚固节理剪切行为的重要影响，法向荷载增大能够使锚杆的弯曲度变大且锚杆的轴力发挥变小。此外，对于锚固端C点轴力的力学分析均是基于直杆杆件，而锚杆在剪切过程中弯曲度不断变化，成为一个弯杆的力学分析很少提及。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了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，考虑法向荷载对锚固端C点轴力的抑制作用，获取锚固节理剪切荷载-剪切位移预测曲线，对于预测矿山、洞室锚固岩体受剪切失效破坏有很好的指导意义。

本发明的实施例提供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，包括以下步骤：

S1开展岩体的无锚节理，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，基于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。