申请/专利权人：江苏南京地质工程勘察院;河海大学;江苏省地质矿产局第一地质大队;苏交科集团股份有限公司

申请日：2022-05-19

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114841009B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;E02D5/74;E02D33/00;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.08.19#实质审查的生效;2022.08.02#公开

摘要：本发明提供一种塑性阶段锚杆锚固段侧摩阻力预测方法，包括：确定锚杆‑岩土层界面位移与侧摩阻力的关系式；利用莫尔‑库伦屈服条件、非关联流动法则表达界面层在塑性流动状态下的径向位移和轴向位移；其中，孔壁产生的位移满足Winkler假设，注浆体产生的位移满足胡克定律，依此建立径向应力方程；根据径向应力方程，联立界面位移与侧摩阻力的关系式，建立并求解界面层的位移微分方程；根据位移微分方程求解结果以及界面位移与侧摩阻力的关系式，获得塑性阶段锚杆侧摩阻力沿锚固深度的分布函数模型，进行侧摩阻力预测。本发明充分揭示并利用了锚杆与岩土相互作用的物理力学性实质，计算精度高，结果稳定可靠，计算参数物理意义清晰，易于实施。

主权项：1.一种塑性阶段锚杆锚固段侧摩阻力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：确定锚杆-岩土层的界面位移与侧摩阻力的关系式；利用莫尔-库伦屈服条件、非关联流动法则表达锚杆-岩土层在塑性流动状态下的径向位移和轴向位移；其中，径向位移包括：岩土体孔壁受到径向作用力所产生的位移和注浆体受到径向作用力所产生的位移；当孔壁产生的位移满足Winkler假设，注浆体产生的位移满足胡克定律时，建立径向应力方程；根据径向应力方程，联立界面位移与侧摩阻力的关系式，建立并求解锚杆-岩土层的位移微分方程；根据位移微分方程求解结果、以及界面位移与侧摩阻力的关系式，获得塑性阶段锚杆侧摩阻力沿锚固深度的分布函数模型，进行侧摩阻力预测；所述确定锚杆-岩土层界面位移与侧摩阻力的关系式，包括以下步骤：取锚杆中某一深度处的单元体为研究对象，其上表面受此深度轴力作用，下表面受此深度轴力与轴力经过此单元体的变化量的合力作用，四周则受其与锚固体接触面在此深度的摩阻力作用；在受力模型中，Nz代表在深度z处单元体的轴力，τz代表深度z处单元体的侧摩阻力；对于单元体，由静力平衡条件得：N-N-dN-2πrτzdz＝01式中，r为锚固体半径，dz为单元体长度；整理1式得： 由胡克定律，单元体在轴力作用下位移wz与轴力Nz的关系为： 将3式代入2式，得到wz与τz之间的微分方程： 式中，E为锚杆等效弹性模量；所述利用莫尔-库伦屈服条件、非关联流动法则表达锚杆-岩土层在塑性流动状态下的径向位移和轴向位移，包括以下步骤：由莫尔-库伦屈服条件得： 式中，c为界面层的粘聚力，为界面层的内摩擦角；由非关联流动法则得： 式中，G为界面层的位势函数；通过非关联流动法则表示界面层的轴向和径向塑性线应变率分别为： 将5式代入7式和8式，得到塑性线应变率和界面层内摩擦角的关系式为： 并得到界面层的径向位移和轴向位移分别为： 所述径向应力方程的建立，包括以下步骤：界面层的位移主要由岩土体孔壁和注浆体受到径向作用力所产生的，假定孔壁产生的位移满足Winkler假设，注浆体产生的位移满足胡克定律，建立径向应力方程：σn＝Kur12 式中，K为界面层的变形系数，E′和μ′分别为岩土层的弹性模量和泊松比，E和μ分别为锚杆的等效弹性模量和泊松比；将9-11式代入12式，得到径向应力与位移之间的关系为： 所述塑性阶段锚杆侧摩阻力沿锚固深度的分布函数模型的构建，包括以下步骤：将径向应力方程14代入5式并联立4式，得到界面层的位移微分方程： 求解方程15，其通解为： 式中将16式代入4式，得到塑性阶段锚杆侧摩阻力沿锚固深度的分布函数为：为确定塑性阶段侧摩阻力沿锚固深度分布函数的常数项，由边界条件[z＝L,Nz＝P]；[z＝0,Nz＝0]；[z＝L,τz＝0]，得到常数项为：

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