[发明专利]一种锚杆/锚索剪切屈服破坏断裂模拟计算方法

说明书

一种锚杆/锚索剪切屈服破坏断裂模拟计算方法，包括以下步骤：A、在数值模拟软件中，利用pile结构单元构建具备重结点的锚杆结构；B、建立相邻pilesel在重结点处的node‑to‑node类型连接，并设置相关属性；C、通过fish函数计算源结点node(2n)与目标结点node(2n+1)的相对剪切位移，并判断是否超过最大剪切位移usubgt;max/subgt;＝(γsupgt;max/supgt;‑γsupgt;e/supgt;)l，若超过，则判断此处锚杆发生剪切破坏断裂，描述剪切破坏断裂。本发明建立了具备剪切屈服破坏断裂功能的修正pile单元，本发明提出的修正pile单元在描述杆体剪切屈服以及破坏断裂失效上结果有效并且合理可靠。

技术领域

本发明涉及工程支护结构模拟分析技术领域，具体为一种锚杆/锚索剪切屈服破坏断裂模拟计算方法。

背景技术

自1956年我国在煤矿围岩中引入锚杆支护，至今已有60余年历史。锚杆支护凭借其工程造价低、便于施工以及能够有效控制围岩变形，提高围岩稳定性等特点，已发展为一种常规的支护手段，被广泛应用公路铁路工程、水电工程、煤矿开采以及地下空间工程等。研究锚杆的锚固力学机理，建立完备的锚固理论体系，继而定量评价锚杆对围岩的支护抗力，完善的锚杆支护设计理论一直是该领域众多学者的核心工作。

目前，关于锚杆对加固体的轴向约束作用的研究，众多学者通过室内和现场试验、理论分析以及数值分析，已经取得了丰硕的成果。但是，关于锚杆对加固体的横向约束作用的问题，现阶段的科学认识还远落后于工程实践，致使出现大量锚杆发生拉剪破坏断裂的工程问题。

自1974年S.Bjurstrom通过实验研究锚固花岗岩节理剪切强度以来，锚固节理岩体中锚杆在拉剪荷载作用下的力学特性引起了广泛重视。通过开展大量的加锚节理岩体剪切实验，人们取得了丰富的实验成果。但是由于锚固节理岩体锚杆锚固机理的影响因素众多，机制复杂，锚固节理岩体锚固理论研究相当落后。理论认识上的缺陷，致使在数值分析上，一方面，现有的商业数值分析软件鲜有能够真实反映锚杆横向抗剪作用的结构模型；另一方面，缺乏对锚杆结构单元横向抗剪性能的二次开发；最后，采用数值模拟手段研究加锚节理岩体锚杆锚固机理的研究极少。

目前针对数值计算中无法实现锚杆剪切破坏断裂失效的问题，是通过fish编程语言进行二次开发，将锚杆的剪切屈服判据F_s(i)≥F_smax(i)引入pile结构单元，得到了具备剪切破坏断裂失效的修正pile单元。但该修正pile单元的剪切破坏断裂是通过控制剪力超过阈值的结构单元的拉弯破坏断裂来实现的，意味着不能独立考虑锚杆的剪切破坏断裂和拉弯破坏断裂，此外，该修正pile单元不具备剪切屈服变形能力。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种锚杆/锚索剪切屈服破坏断裂模拟计算方法，能独立模拟锚杆的剪切破坏断裂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锚杆/锚索剪切屈服破坏断裂模拟计算方法，包括以下步骤：

A.在数值模拟软件中，利用pile结构单元构建具备重结点的锚杆结构，具体包括以下步骤：

(1)根据锚杆两个端点坐标以及单元划分数n_max，通过程序生成n_max+1个点坐标A₁～An_max+1，对应将锚杆均分成n_max段时所有均分段的端点坐标集合，A_n与A_n+1表示第n段的两个端点；

(2)循环n＝1～n_max，将nseg设置为1，以点A_n与A_n+1作为第n段的两个端点生成pile(n)，此时pile(n)，n＝1～n_max的集合代表此锚杆；