基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究
岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨
ＭａＫｅ Ｗ ａ ｎ ｉ， ｉ ｅｆｎ ｎ ａ ｈ ａ ｈ ， ｎＸｉｌ ＪａＷ ｉ ｇａ ｄＷ ｎ Ｃ ｕ ｎ ｕ ｎ ｅ
（ｉｌ ｎ ｉｅｒ ｇＤ ｐ ｒ ｎ， ｎ ｕ ｎｖｒｉ ｆ ｒｈ ｅｔｒ， ｅ ｉＡ ｈ ｉ ３ ０ ２ Ｃｖ ｇ ｅ ｎ ｅ ａ ｍｅｔＡ ｈ ｉ ｉ ｓｙｏ ｃ ｉ ｃ ｅ Ｈ ｆ ， ｎ ｕ ２０ ２ ） ｉＥ ｎ ｉ ｔ Ｕ ｅ ｔ Ａ ｔ ｕ ｅ
Ｖ １ ３ Ｎ ．０ ０． ｏ１ ２ ０ｃ ． ｔ ２ ｌ ０１
岩 石蠕变模型研 究进展及若 干 问题探讨
马 珂， 宛新林 ， 贾伟风 ， 宛传 虎
（ 徽 建 筑 工 业 学 院 土 木工 程 学 院 ． 徽 合 肥 ２ ０ ２ ） 安 安 ３０ ２
摘 要 ： 石 蠕 变 是 岩 土 工 程 变 形失 稳 的 主要 原 因之 一 。 岩 近年 来 蠕 变研 究 正 处 于 一 个 探 索 阶 段 ， 文 从 四个 方 面综 述 本 了 蠕 变模 型 的研 究进 展 。研 究 发 现 ， 岩 石 蠕 变 的 三 个 阶 段 中 利用 经 典 本构 模 型 均 很 难 描 述 加 速 蠕 变 阶 段 ， 究 者 在 研 们 通 过 新 的 元件 或者 改 进 的非 线 性 黏 弹 塑 性 本 构 模 型 可 以 很 好 的模 拟 岩 石 蠕 变 实 际 曲线 ：基 于损 伤 理 论 的岩 石 蠕 变 模 型 是 近 年 来 发 展 的主 要 方 向 ， 以很 好 的解 决 岩 石 微 观 裂 纹 所 带 来 的蠕 变 ； 可 随着 岩石 深 部 工 程 的发 展 ， 体 受 岩 到 周 围 实 际 环境 下 的影 响是 不 可 忽 略 的 ，从 而 研 究 含 水 量 的 变 化 与 水 力 和其 它 应 力 耦 合 下 的岩 石 蠕 变也 是 今 后 的
岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨
0引言岩石在长时间应力、温度和差应力作用下发生永久变形不断增长的现象，叫做岩石的蠕变。
早在1939年Griggs [1]在对砂岩、泥板岩和粉砂岩等进行大量蠕变试验时就发现，当荷载达到破坏荷载的12.5%~80%时就发生蠕变，它是岩石流变力学中最主要的一种现象，也是岩土工程变形失稳的主要原因。
1980年湖北省盐池磷矿由于岩石的蠕变，160m 高，体积约100万m 3的山体突然崩塌，4层楼被抛掷对岸，造成了巨大的伤亡。
在国外岩石蠕变研究中，Okubo [2]（1991）完成了大理岩、砂岩、花岗岩和灰岩等岩石的单轴压缩试验，获得了岩石加速蠕变阶段的应变-时间曲线，结果表明蠕变应变速率与时间成反比例关系。
E.Maranini [3]（1999）对石灰岩等进行了单轴和三轴压剪蠕变试验，研究表明，石灰岩的蠕变最主要的表现在是低围压情况下的扩张、裂隙，而在高围压状态下，岩石内部则发生孔隙塌陷，得出石灰岩的蠕变对岩石主要影响是其屈服应力的降低。
Hayano K [4]（1999）等进行了沉积软岩的长期蠕变试验。
K.Shina [5]（2005）对日本的6种岩石进行了各种条件下单轴和三轴压缩，拉伸试验，统计了各种蠕变影响参数，如蠕变应力对时间的依赖性参数δ，蠕变寿命相关系数α和β等，并对其强度和蠕变寿命做了分析。
由此可见，研究和开展岩石蠕变特性的研基金项目：安徽建筑工业学院2010年度大学生科技创新基金(20101018)。
作者简介：马珂（1987—），男，安徽安庆人，硕士,主要从事岩石力学方面研究。
收稿日期：2011-05-26责任编辑：樊小舟岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨马珂，宛新林，贾伟风，宛传虎（安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥230022）摘要：岩石蠕变是岩土工程变形失稳的主要原因之一。
近年来蠕变研究正处于一个探索阶段，本文从四个方面综述了蠕变模型的研究进展。
研究发现，在岩石蠕变的三个阶段中利用经典本构模型均很难描述加速蠕变阶段，研究者们通过新的元件或者改进的非线性黏弹塑性本构模型可以很好的模拟岩石蠕变实际曲线；基于损伤理论的岩石蠕变模型是近年来发展的主要方向，可以很好的解决岩石微观裂纹所带来的蠕变；随着岩石深部工程的发展，岩体受到周围实际环境下的影响是不可忽略的，从而研究含水量的变化与水力和其它应力耦合下的岩石蠕变也是今后的重点。
岩石蠕变的应力-应变比分析
中圈分类号 ：Ｄ ５ Ｔ ４ 文献标 识码 ： Ａ
ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＯＦ Ｓ ’ ＥＳ Ｉ １］ Ｒ Ｓ—Ｓ ＴＲＡ ＲＡＴＩ ＦＯＲ Ｏ ＲＯＣＫ ＣＲＥＥＰ
Ｓ Ｎ Ｑａｇ Ｉ ｉ ｎ Ｍ ｉ Ｕ ｉ ＱＮ Ｓ ｉ ｎ ｑ ｇ ＡＰ ｇ ｎ
（ Ｉ． ｒｔ ，ｆＥ ｇｎｅ ｎ ｅｍ ｃａ ｉ － ｈｎｓ Ａａ ｅ ｙｏ ｃ ｎｅ Ｂ ｉｎ １０ ２ ） 研 ￣ ｏａ Ｏ ｏ ｎ ｉ ｒ ｇＧｏ ｅｈ ｎｃ Ｃ ｉ ｅ ｃｄｍ ｉ ｃ － ｅｉ ｂ ｏ ｅｉ ｓ ｅ ｆＳ ｅ ｊ ｇ ００ ９
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｓｒ ｃ ｎ ｔｉ ａ ｅ ，ｗｅ ｈ ｖ ｉ ｕ ｓｄ ｔｅ ｍｅ ｏ ｏ ｎ ｌｓ ｆｓｒｓ ａ ｅ ｄｓ ｓｅ ｔ ｄ ｆｒａ ａｙ ｉ ｏ ｔ ｓ—ｓｒｉ ａｉ ｓｏ ｉｔｄ ｗｉ ｏ ｋ ｃ ｈ ｈ ｓ ｅ ｔ ｎ ｒｔ ａｓ ｃａｅ ｔ ｒｃ ａ ｏ ｈ ｃｅ ｐ ｒｅ ．Ｃ ｅ ｐ ｉ ｏ ｅｏ ｅｍｏ ｔｉ ｏｔ ｔｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓｏ ｃ ． Ｕｎ ｅ ｉｅｅ ｔｓ ｅｓ ｓ ｔｓ ｏｃ ｒｅ ｕ ｖｓ ｒｅ ｓ ｎ ｆｔ ｓ ｍｐ ｒ ｈ ｒｃｅｉ ｉ ｆｒ ｋ ｈ ｎ ａ ｓｃ ｏ ｄ ｒｄｆ ｒｎ ｔ ｓ ｔ ｅ 。ｒ ｋ ｃｅｐ ｃ ｒｅ ｒ ａ ｓ ｏ ｔ ｅｂ ｈ ｖｏ ｆ ｅ ｍｅｒ ｈ ｗ ｅ ａ ｉｒｏ ｏ ｔ ｈ ｇ ｙ—ｃ ｍｐ ａ ｉｔ ．Ｗ ｅ Ｃ ａｎ ｔｅ ｉ ｃ ｒｎ ｕ ｏ ａ ｂ ｌｙ ｒ ｉ ａ ｇ ｉ ｓ ｈ ｏ ｏ ｓ—ｍｏ ｕｕ ｕ ｅ ｒｍ ｅｃ ｒｅ ｆ ｎ ｈ ｏ ｄ ｌｓｃ ｒ ｓｆ ｖ ｏ ｔ ｕ ｓｏ ｈ ｖ ｓ ｅｓ—ｓ ａｎ ｒｔ ｓ ｈ ｏ ｓｉ ｔ ｅｅ ｕ ｏ ｆ ｏ ｋ ｉ Ｓ ｏ ｌｘｔａ ｅｌａ ｃ ｐｅ ｔｏ ｓｓｉ ｏ ｖ ｉ ｌ ｔ ｓ ｒ ｒ ｔ ｉ ａｉ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｕｉ ｑ ￣ｉｎｏ ｃ Ｏ ｃ ｍｐｅ ｔｗ ｌ ｃ ｅ ｔｄｍｅ ｄ ｉ ｔｌｎ ｔ ａｌ ｅ ｏ ｔ ｖ ｒ ｓ ｈ ｈ ｌ ａ ａ ｂ ｉ ｅｏ ｅ ｔｒ ａｙｅｕ ｅ ｎｔ ｐ ｎｌ ｅｕ ｒ ｒｒ ．Ａｔ ｒｓ ｎ ，ｔｅ ａ ａｙｉ ｆｔ ｓ ｈ ｉ ｅｅ ｔ ｈ ｌｓｓｏｓ ｅ ｓ—ｓ ａｎｒｔ ａ ｅａｇ ｏ ｐ ｒａ ｈｔ ｒｈ ｒｔｅｅ ・ ｐ ｎ ｒ ｒ ｔ ｉ ａｉ Ｃ ｂ ｏ ｄ ａ ｐ ｃ ｆ ｔｅ ｘ ｏ ｎ ｏ ｏｕ ｈ
基于软岩流变特性的“围岩-锚杆”系统稳定性模拟研究
内外 的专 家学 者均做 了大量 工作 ， 近期 的一 些研 究成 果有 ： 张 玉军 等 采用 “ 等效 材料 ” 的方 法 ， 模 拟经 过锚 杆 加 固的岩体 ， 建立起 了原 岩体及锚 固岩 体 的流变模 型及本 构方 程 ； 何 满潮等 ¨ ３ 提 出了新 的软岩定 义和 分类 ， 并提 出了最佳支护 时间和最佳支护 时段 的概念 ； 刘 夕才 等 尝试用 粘 弹塑性 模型对 软岩 巷道 的流变 特性 进行
地层 时代 岩石 地层厚度 柱状 １ ２ ０ ０
细粒 ２６
～
岩性描述
界 系 统 组 名 称
砂岩
耢 砂 岩
～
以灰绿色中厚层状细砂 岩为主 ，夹深 灰色薄层状 ， 条带状粉砂岩 ．＝者 呈互 层状 ．具 水平 纹理
７ １ ０ －÷ ３ ： 深灰色 ，参差 状断口 ，上部 夹灰 色薄层状条带 ｆ ． ＃ 、 ｔ ： ！ 状 细 砂 岩 具缓波状层理 ．裂隙 稍发育
细 粒 ７９
～
砂 岩 粉砂 岩
浅灰色 ，成份以石英为主 ，岩屑 长石次之 ． 含少量暗色矿 物 泥质胶结 ，岩芯稍破 碎 ， ＇ ¨： 黑灰色 ，参差 状断 口，具水平 纹理及缓波状层 理 ｔ 、 裂隙稍 技育
． －
２ ～ ６
Ｖ ．
图２ 图 Ｉ 岩 层 柱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ状 示 意 图
ｉ ｎ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ
２ 数 值 模 拟 模 型
２ ． １ 流 变 本 构 模 型
二分幂 律模 型在 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ 中用来 解决 一个 无限长 、 厚壁 圆筒 的径 向流变 问题 ， 在煤 矿开 采 中 ， 可 以将巷 道开 挖看 成一 个无 限长 的厚壁 圆筒 进行分 析模 拟 。
某矿区岩石蠕变力学特性研究
某矿区岩石蠕变力学特性研究曾华凯;陈建宏;杨珊【摘要】利用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪对某矿区岩石进行了蠕变试验,在对试验数据进行深入分析的基础上,选用Burgers模型对试样的蠕变特性进行了描述.结果表明,当应力水平处于稳定状态时,试样轴向应变逐渐增大并最终趋于稳定,且蠕变应变随应力水平增长而增大;随应力水平提高,试样瞬时弹性模量呈上升趋势;试验得到的蠕变试验曲线与模型理论曲线基本吻合,Burgers模型能较好地描述该矿区岩石的蠕变特性.%A creep test was conducted for a mine rock with rock shear rheometer controlled by RYL-600 microcomputer. Based on a further analysis of the data obtained from the test, Burgers model was chosen to describe creep properties. It is found that, the axial strain of the specimens increases gradually before finally being stable as the stress level keeps stable. With an increase in stress level, the creep strain increases and the instantaneous elastic modulus of the specimens is also on the rise. The creep curve obtained from the test almost agreed with the theoretical curve, indicating that Burgers model can well describe the creep properties of rock in the mining area.【期刊名称】《矿冶工程》【年(卷),期】2017(037)004【总页数】3页(P11-13)【关键词】岩石力学;蠕变;Burgers模型;参数拟合【作者】曾华凯;陈建宏;杨珊【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TU452岩石蠕变特性是岩土类材料重要力学特性之一［1］，在天然斜坡、人工边坡及地下硐室等岩体工程中都能直接观测到岩石的蠕变现象，由于蠕变的影响，将在岩体内及建筑物内产生应力集中而影响其稳定性［2］。
岩石材料的蠕变实验及本构模型研究
岩石材料的蠕变实验及本构模型研究流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。
蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。
软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。
因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。
本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。
以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。
(1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。
结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。
此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。
(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。
当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。
与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。
(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。
此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。
相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。
(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。
以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。
岩体蠕变试验
岩体蠕变试验
岩体弯曲蠕变试验的原理及其结论
岩体弯曲蠕变试验的原理
蠕变试验对材料施加一个恒定的应力状态， 然后保持该应力状态不变，观测应变状态 随时间的变化过程，通过自制重力驱动偏 心轮式杠杆扩力加载式流变仪以及弯曲蠕 变系统,研究了红砂岩梁和油页岩梁的弯曲 蠕变及其扰动效应问题。
弯曲蠕变曲线
根据应变速率不同，其蠕变过程可以分为三 个阶段： 第一蠕变阶段：如曲线中ab段所示，蠕变速 二蠕变阶段：如曲线中bc段所示，应变速 率保持不变，故称为等速蠕变阶段。 第三蠕变阶段：如曲线中cd段所示，应变速 率迅速增加直到岩石破坏，故称为加速蠕 变阶段。
岩石弯曲蠕变曲线
• 岩石蠕变曲线
试验结论
• 未受到冲击扰动的岩梁试件断口形态比较 整齐,断口开裂部位位于岩梁载荷集中部位, 裂纹开裂始于中性面。 • 受到扰动载荷的岩梁试件断口形态不整齐, 断口开裂部位偏离岩梁中性面。 • 考虑粘弹性蠕变特性,在一定扰动载荷水平 的作用下,经历一段时间后岩梁可出现延迟 性蠕变失稳。 • 扰动载荷超出一定的范围时,岩梁将发生突 然失稳。
锚杆应力应变报告书模板
锚杆应力应变报告书模板[报告书标题]锚杆应力应变报告书[报告书目录]1. 引言2. 实验目的3. 实验方法4. 实验结果5. 数据分析6. 结论7. 参考文献[报告书正文]1. 引言在土木工程领域，锚杆被广泛应用于地下工程中，起到增强地基和结构物稳定性的作用。
锚杆的应力应变特性是评估其性能的重要指标，本次实验旨在通过实验获取锚杆的应力应变数据，并进行分析和评估。
2. 实验目的本次实验的目的是测量和分析锚杆在加载过程中的应力应变特性，具体包括以下几个方面：- 测量锚杆在不同载荷下的应变变化情况。
- 分析锚杆的应力应变关系。
- 评估锚杆的力学性能。
3. 实验方法3.1 实验设备：锚杆应力应变测试仪、测试控制器、加载装置等。
3.2 实验流程：3.2.1 设置测试仪器和装置，确保其正常运行和准确度。
3.2.2 安装锚杆样本，并将其固定在加载装置上。
3.2.3 施加不同的载荷，记录载荷和相应的应变数据。
3.2.4 根据实验数据计算锚杆的应力应变，并进行分析。
4. 实验结果4.1 实验数据：在本次实验中，我们记录了不同载荷下的应变数据，并整理如下表：| 载荷（N） | 应变值（mm/mm） ||----------|----------------|| 1000 | 0.001 || 2000 | 0.003 || 3000 | 0.005 || 4000 | 0.007 || 5000 | 0.01 |4.2 实验结果分析：通过对实验数据的处理和分析，我们得出以下结论：- 锚杆的应变值随着载荷的增加而增加，呈线性关系。
- 锚杆在不同载荷下的应力应变关系可以通过线性回归分析得到拟合直线方程。
5. 数据分析5.1 基于实验数据，我们进行了数据分析和计算，包括以下内容：- 绘制应力应变曲线图，展示锚杆的应变特性。
- 计算锚杆的应力值，根据载荷和应变关系确定。
- 评估锚杆的力学性能，比较实验结果与设计要求。
6. 结论本次实验通过测量和分析锚杆的应力应变特性，得出以下结论：- 锚杆在不同载荷下呈现线性应变特性。
基于内变量热力学的岩石蠕变与应力松弛研究
摘要：蠕变变形和应力松弛是岩石材料固有的时效特性，与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于 Rice 不可逆内 变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行了研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基 本热力学方程，通过不同约束条件构建黏弹–黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。黏弹性本构方程具有普遍性，能 包含经典元件组合模型的黏弹性本构方程； 黏塑性本构方程考虑材料变形过程中的硬化效应， 更加符合实际情况。 蠕变和松弛是岩石材料在不同约束下的外在表现，但两者具有相同的非平衡演化规律，本质上具有一致性。蠕变 与应力松弛本构方程基于相同的基本热力学方程，可以相互转化，且方程参数相同，因此可以通过蠕变方程和蠕 变试验结果对材料的松弛特性进行分析。最后通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验和应力松弛试验对这一思想 进行了验证。 关键词：蠕变；松弛；内变量热力学；本构方程 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)04–0000–00
Abstract：Creep deformation and stress relaxation are the intrinsic time-dependent properties of rock mass， and are close to long term stability of rock project. The consistency of creep and stress relaxation is discussed within framework of Rice irreversible thermodynamics with internal state variable. The fundamental thermodynamic equations are developed by giving specific complementary energy function and kinetic laws of internal state variables. The creep constitutive equation and stress relaxation equation are constructed based on those fundamental thermodynamic equations with different constraint conditions. Some classical viscoelastic equations from component models are covered in proposed viscoelastic constitutive equation and hardening effect is considered in the viscoplasctic creep equation. Creep and stress relaxation characterize the same non-equilibrium evolution of microstructure within material and are consistency in essence. The creep and stress relaxation equations can be transformed each other and the parameters in those two equations are all the same. So the relaxation properties can be analyzed through creep constitutive equation and creep test. This point is validated by uniaxial creep and stress relaxation tests of analogue material used in geo-mechanical model test. Key words：creep；stress relaxation；internal state variable thermodynamics；constitutive equation
考虑围岩扩容的锚杆支护效应分析
考虑围岩扩容的锚杆支护效应分析摘要：隧道围岩非线性体积膨胀影响施工安全，如何正确评价隧道围岩塑性区域内扩容机制非常重要。
将地下开挖中围岩的扩容用平均应变em表示。
锚注支护是将锚喷支护与注浆加固有机结合的一种主动支护方法，根据其机理，将注浆锚杆简化为作用于围岩的一种体积力，并将注浆作用看作对围岩力学性能的改变，以此建立了锚注支护计算的力学模型。
围岩变形产生剪应力的主要原因是锚杆和围岩之间的相对位移?u。
分析结果表明锚杆长度L，扩容系数em，弹性模量Em，对锚杆的轴向应力和剪切应力及锚杆支护效应，扩容系数em对地层特征曲线的影响。
1 引言在地下开挖中，如果应力超出岩体峰值强度，会导致围岩非线性的体积膨胀，而且这种膨胀是不可逆的，在岩体力学中称为扩容。
在深部开采工程中，由于开挖卸载导致围岩的应力重分布产生的扩容现象是普遍存在的，因此，为了安全高效的深部岩体支护开挖设计，考虑岩体的扩容特点致关重要。
试验结果表明，在低围压的作用下，软弱岩石呈脆性，表现出明显的塑性应变软化特性，应变软化阶段和残余阶段对围压有很强的敏感性；在高围压作用下，软弱岩石从脆性转为延性，岩石塑性应变软化特性逐渐减弱，岩石峰值强度与残余强度之间的差距逐渐缩小，逐渐表现出理想塑性特征。
而锚杆的加入使围岩围压增大，围压的增大会使扩容量随之减弱。
锚杆支护围岩强度强化理论认为在围岩巷道中系统地布置锚杆后，可以提高围岩的整体强度，形成承载结构，改善围岩的应力状态，减少巷道表面的位移，控制围岩破碎区和塑性区的发展，从而保持巷道围岩的稳定性。
锚杆支护围岩强度强化理论主要论述了锚杆对提高围岩峰值后强度和残余强度的作用，比较客观地揭示了锚杆在支护破碎围岩中的作用。
之前国内外许多学者考虑岩体的应变软化特性，用塑性剪切应变表示围岩软化参数，用岩体剪胀角表示围岩体积扩容。
均得到了比较理想的成果。
本文引入塑性体积应变系数em，并将锚杆界面的剪应力以体积力[9]的形式引入圆形隧道围岩中，将锚杆作为支护结构，考虑支护与围岩相互作用，得到了较为精确的围岩应力、应变及塑性区变形，范围的解析解。
锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验研究
第45卷第11期2020年11月煤炭学报JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYVol.45No.11Nov.2020回&谢回移动阅读吴拥政，付玉凯,郑建伟.锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验研究[J].煤炭学报,2020,45(11):3709-3716.WU Yongzheng,FU Yukai,ZHENG Jianwei.Dynamic mechanical properties and strain rate effect of bolts[J].Journal of China Coal Society,2020,45(11)：3709-3716.锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验研究吴拥政^3，付玉凯^3，郑建伟^3(1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；2.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京100013；3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京100013)摘要：为了揭示在冲击载荷下锚杆支护材料动态力学特性及应变率效应，为不同震级冲击地压巷道支护设计提供参考与借鉴，达到冲击地压巷道分级防控的目的。
采用实验室试验对不同冲击韧性锚杆的静态和动态力学特性进行了测试，从微-细观角度分析了不同韧性锚杆的抗冲击性能，分析了应变率大小对锚杆动态力学响应的影响规律。
实验结果表明：CRM700锚杆的冲击吸收功分别是HRB500和CRM600的1.30倍和1.14倍,峰值载荷分别是两种锚杆的1.18倍和1.07倍，瞬时变形量分别是两种锚杆的1.33倍和0.91倍；CRM700锚杆和HRB500锚杆断口形态和金相组织显著不同，HRB500锚杆断口源区为韧窝形态，中部扩展区为准解理+少量韧窝，终断区为韧窝形态，金相组织为铁素体+珠光体；而CRM700锚杆断口附近全部为韧窝形态，金相组织为回火索氏体+贝氏体+铁素体。
同时，应变率对HRB500锚杆的屈服强度、抗拉强度和应变影响显著，而对CRM600锚杆的影响较小，对CRM700锚杆的影响最小。
云母片岩地层大变形隧道砂浆锚杆失效力学机制研究
云母片岩地层大变形隧道是一种典型的复杂地质环境，其中砂浆锚杆作为围岩支护的重要手段，其失效会导致隧道的稳定性和安全性受到威胁。
研究砂浆锚杆失效力学机制，对于提高隧道支护结构的设计和施工质量具有重要意义。
砂浆锚杆失效主要包括以下几个方面：
1. 锚杆与围岩界面的剥离：由于云母片岩地层存在着较大的变形，锚杆受到的荷载会产生剪切力和扭转力，当荷载超过锚杆与围岩界面的黏着力时，锚杆就会与围岩发生剥离现象。
2. 锚杆的弯曲和破坏：在云母片岩地层中，锚杆的受力状态非常复杂，容易出现弯曲和破坏现象。
当锚杆受到侧向荷载时，会产生弯曲应力，当荷载超过锚杆的承载能力时，锚杆就会发生破坏。
3. 锚杆的腐蚀和老化：在云母片岩地层中，锚杆长期处于潮湿的环境下，容易发生腐蚀和老化现象。
这些现象会导致锚杆的强度和刚度降低，从而影响其支护效果。
为了研究砂浆锚杆失效的力学机制，可以采用数值模拟方法和实验研究方法相结合的方式。
具体来说，可以进行以下工作：
1. 建立云母片岩地层的力学模型，包括地质构造、岩石力学参数、地应力等因素，并将其与锚杆模型相结合，进行数值模拟分析。
2. 进行物理模型试验，模拟锚杆受力状态下的剥离、弯曲和破坏等失效现象，并对试验数据进行分析和处理。
3. 通过数值模拟和试验研究，探讨锚杆失效的影响因素和失效机制，并提出相应的改进措施，如优化锚杆的设计、改善围岩的支护等。
通过以上研究，可以更好地理解云母片岩地层大变形隧道中锚杆的失效机制，为隧道支护结构的设计和施工提供科学依据和技术支持。
基于应力和时间双重影响下岩石蠕变模型研究
第51卷第8期2020年8月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.8Aug.2020基于应力和时间双重影响下岩石蠕变模型研究刘文博1,2,3，张树光1,2(1.广西岩土力学与工程重点实验室，广西桂林，541004；2.桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林，541004；3.辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁阜新，123000)摘要：为了更好地描述岩石蠕变的全过程和表征加速蠕变阶段的变形特性，研究岩石蠕变力学机理并引入弹塑性损伤体，改进广义开尔文蠕变模型，进而构建1个可反映岩石加速蠕变变形特征的弹塑性损伤体蠕变模型，并提出一种确定蠕变模型参数的方法；通过室内三轴蠕变试验计算出不同时间和应力作用下的蠕变参数，分析不同应力作用下蠕变参数与时间关系，揭示蠕变参数劣化的实质和岩石蠕变变形破坏的机理。
研究结果表明：当岩石的体积压缩状态转化为扩容状态后，体积模量的绝对值随蠕变应力增大而减小，且随应力水平增大以及时间推移，岩石的蠕变扩容效果越来越明显；而损伤影响程度系数反映了在蠕变变形过程中岩石内部损伤程度，当损伤影响程度系数增大时，岩石内部的损伤程度以及岩石的加速蠕变变形也越大；通过分析蠕变参数在时间作用下劣化规律，验证了该方法是合适可行的，且建立考虑应力和时间双重影响的蠕变模型，也较好地模拟了岩石从衰减蠕变到加速蠕变的变形全过程，同时更加准确地反映了岩石的衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性。
关键词：三轴；蠕变速率；等时应力−应变曲线；蠕变参数；加速蠕变；体积模量中图分类号：TU451文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）08-2256-10Research on rock creep model based on dual effects of stress andtimeLIU Wenbo 1,2,3,ZHANG Shuguang 1,2(1.Guangxi Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Guilin 541004,China;2.School of Civil Engineering,Guilin University of Technology,Guilin 541000,China;3.School of Civil Engineering and Transportation,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)Abstract:Determining the parameters of creep model and constructing a constitutive model that can describe the accelerated creep stage of rocks are difficult issues in analyzing creep characteristics.To effectively describe the entire process of rock creep and characterize the deformation characteristics at the accelerated creep stage,the generalized Kelvin creep model was improved by studying the rock creep mechanics and introducing elastoplasticDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.08.020收稿日期：2019−12−26；修回日期：2020−02−20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51274109)；广西自然科学基金资助项目(2019JJA160011)(Project(51274109)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2019JJA160011)supported by Natural Science Foundation of Guangxi)通信作者：张树光，教授，从事深部岩体力学特性和蠕变本构模型研究；E-mail ：************************第8期刘文博，等：基于应力和时间双重影响下岩石蠕变模型研究damage bodies.Furthermore,a creep model of elastoplastic damage body that can reflect the characteristics of accelerated creep deformation of the rock was constructed.A method to determine the parameters of the creep model was proposed.The creep parameters at different time and stresses were calculated through laboratory triaxial creep test.By analyzing the relationship between creep parameters and time under different stresses,the essence of creep parameter degradation and the mechanism of rock creep deformation failure were revealed.The results show that the absolute value of the volume modulus decreases with the increase of the creep stress when the compression state of the rock changes to the dilatancy state.The creep dilatancy effect becomes increasingly obvious with the increase of stress level and the passage of time.The degree of damage influence coefficient controls the degree of damage inside the rock during creep deformation.When the degree of damage influence coefficient increases,the degree of damage inside the rock and the accelerated creep deformation of the rock also increase.By analyzing the degradation law of creep parameters under the action of time,the method to determine the creep parameters is suitable and feasible.Considering the influence of stress and time on creep parameter degradation,the new creep model that can effectively simulate the entire process of rock deformation from attenuation creep to acceleration creep is established.The model can also accurately reflect the creep characteristics of the decay and stable creep stage of the rock.Key words:triaxial;creep rate;isochronous stress-strain curve;creep parameters;accelerated creep;bulk modulus随着深部煤岩的开采以及深部地下工程的建设，造成岩体变形破坏的原因越来越复杂，例如，当岩石处于不同应力状态或沿着不同应力路径加载和卸载时，岩石所呈现出的力学特性截然不同；当岩石内部含有节理面时，它的破坏形式与完整岩石破坏形式就有所差异。
基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究
第31卷增刊1 岩 土 力 学 V ol.31 Supp.1 2010年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2010收稿日期：2010-04-23基金项目：国家自然科学基金面上项目（No. 40772184）；国家自然科学基金重大国际合作项目（No. 50720135906）；国家重点基础研究发展计划(973)项目（No. 2009CB724603）。
第一作者简介：伍国军，男，1977年生，博士，助理研究员，主要从事隧道及地下工程研究方面的工作。
E-mail: gjwu@文章编号：1000－7598 (2010) 增刊1－0150－07基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究伍国军1，陈卫忠1, 2，王永刚3, 4（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；2.山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；3.同济大学 土木工程学院地下建筑与工程系，上海 200092；4.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）摘 要：考虑岩体蠕变效应的锚杆应力分布及变化特征对研究工程锚固效应具有非常重要的意义，而目前关于这方面的研究并不多见。
首先从锚固微元体受力特点的角度出发，研究微元体在围岩蠕变条件下的受力变化规律，得到如下结论：蠕变岩体下锚杆锚固力的变化趋势和岩体所受应力状态及其变形密切相关。
当微元体受拉时，锚杆轴力随时间有不断增长的趋势；而当微元体受压时，锚杆轴力则随时间不断减小。
针对锚杆在黏弹塑性围岩体中的受力分布，以解析方法推导了锚杆应力峰值所在位置与围岩体塑性区重合的重要结论，且从工程数值计算角度进一步验证了锚杆应力峰值的位置特点，并分析了地下工程中锚杆应力随围岩体蠕变而逐渐增大的变化特征。
关 键 词：蠕变；锚杆；应力分布；塑性区；地下工程 中图分类号：TU 470 文献标识码：AStudy of distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock massWU Guo-jun 1, CHEN Wei-zhong 1, 2, WANG Yong-gang 3, 4(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071, China; 2. Research Center of Geotechnical ＆ Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China;3. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;4. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: It is of great importance for studying anchoring effect when considering distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock mass; however, there are not many articles to deal with this aspect in recent years. In this paper, we begin with the load-bearing characteristics of anchorage micro-unit, research on variation of anchor stress under the condition of rock mass creeping, then give some conclusions as follows. Force variation of anchor which is embedded in the creeping rock mass has much relationship with stress state and displacement of surrounding rock mass. When anchorage micro-unit is in tensile state; the axial force of anchor is increasing as time goes on. On the contrary, when anchorage micro-unit is in compressive state, the axial force of anchor is decreasing. In terms of stress distribution of anchorage in visco-elastoplastic rock mass, it is concluded to be in accordance with each other between the location of peak stress of anchor and the plastic zone of surrounding rock mass. The conclusion is further verified to be correct by analytical method of engineering. In addition, it is analyzed that the anchor stress is increasing with creeping of surrounding rock mass in underground engineering.Key words: creep; anchor; distribution of stresses; plastic zone; underground engineering1 引 言在岩体工程中，锚固技术已经成为提高岩体工程稳定性和解决复杂工程问题的重要方法之一。
岩质边坡预应力锚杆(索)应力分布规律及工程应用研究的开题报告
岩质边坡预应力锚杆（索）应力分布规律及工程应
用研究的开题报告
摘要：
岩质边坡的稳定性是岩土工程中的一个重要问题，而预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施得到了广泛应用。
本文主要针对岩质边坡预应力锚杆（索）的应力分布规律及其工程应用进行研究。
在文献综述部分，我们首先介绍了国内外相关学者在岩质边坡稳定性和预应力锚杆（索）方面的研究现状和进展。
通过对相关研究的归纳总结，我们得出结论：预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施，其应力分布规律对于岩质边坡的稳定性具有重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。
接着，我们介绍了本文的研究内容和研究方法，主要包括岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）应力分布规律分析。
在稳定性分析中，我们采用了有限元方法，对岩质边坡在不同边坡角度和不同荷载情况下的稳定性进行了分析；在应力分布规律分析中，我们通过数值模拟和理论分析的方法，研究了预应力锚杆（索）在岩体内的应力分布规律。
最后，我们提出了本文的研究意义和研究目标。
本研究旨在通过对预应力锚杆（索）应力分布规律的研究，为岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）设计提供理论基础和实践指导，以提高预应力锚杆（索）在岩质边坡加固中的应用效果。
关键词：岩质边坡；预应力锚杆（索）；稳定性；应力分布规律；有限元方法；数值模拟。
岩土体的蠕变特性研究
岩土体的蠕变特性研究通常滑坡的发展过程是一个蠕变的过程，变形随时间而不断增加；软弱夹层控制的滑坡变形则主要是随着软弱夹层的蠕变过程，强度随时间不断降低，最终软弱夹层蠕滑导致上部岩层发生滑动从而形成滑坡，所以对软弱夹层蠕变特性的研究非常重要。
标签滑坡；边坡；蠕变特性1 概述在实际工程中，岩土的蠕变特性是最受关注的。
岩土体及软弱夹层的蠕变特性往往是引起边坡工程及滑坡工程破坏与失稳的主要原因。
边坡及滑坡的蠕变是指组成边坡及滑坡的岩体和土体在自重应力以及水平应力为主的作用下，变形随时间而持续增加的性质。
产生变形的原因是多方面的，地质作用、地下水流、温度变化、植被作用等都可以产生变形。
但就岩土体本身而言导致边坡及滑坡变形与时间有关的变形主要是岩土体蠕变引起的，因此研究岩土体材料的蠕变特性尤其是软弱夹层的蠕变特性极其重要。
2 土体的蠕变特性岩土体材料的蠕变包括岩石和土的蠕变，由于岩石材料和土体材料在结构特性、材料组成上有较大的差异，所以，岩石的蠕变特性和土体材料相比较，也有较大的区别。
人们在实验室内对各种岩体进行了单轴压缩、弯曲、剪切及常规三轴等试验，也对岩体软弱面进行了剪切试验，通过对试验结果进行分析得出不同的受力条件，各类岩土体的蠕变特性不尽相同。
从图1以看出，蠕变过程分为两种情况，第一种情况在应力较低时蠕变过程可能以减速进行，称为衰减蠕变过程见图1（a）；第二种情况在应力较高时，蠕变过程可能加速进行，称为非衰减蠕变过程见图1（b）。
在这两种情况下，变形等于受荷载后立即发生的瞬时变形ε0与随时间发展的变形ε（t）之和：衰减蠕变的过程如图1(a)所示，变形ε(t)以减速发展，速度最后趋向于零，相应地，变形ε(t)趋向于与荷载值相关的某个极限值。
非衰减蠕变过程如图1（b）所示，蠕变曲线包括四个阶段：瞬时变形阶段；初始蠕变阶段；稳定蠕变阶段；加速蠕变阶段。
非稳定蠕变阶段的蠕变变形量可以表示为：其中（1）瞬时蠕变阶段如图1（b）OA段，该段是施加恒定荷载后短时间内产生的瞬时变形，即式（2.2）中的，其值为，为施加的恒定应力，G为岩土体的弹性模量。
基于弹性理论的拉力型锚杆锚固段应力分布规律研究
基于弹性理论的拉力型锚杆锚固段应力分布规律研究彭辉;袁超;向德强【摘要】视锚杆和周围介质为弹性材料，在弹性半空间里，利用Mindlin位移解，根据拉力型锚杆实际工作状态，推导出拉力型锚杆锚固段轴向应力和弹性粘结应力分布的方程。
并分析相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的分布的影响，得出影响较大的几个因素，为拉力杆的力学分析和工程设计提供理论依据。
%This research provides a theoretical basis for the pull rod mechanics analysis and en-gineering design. In accordance with the above,we can analyse related geotechnical parameters on the axial stress and shear stress distribution of the anchorage segment,and influence of sev-eral factorscan be concluded. According to tensile type anchor rod under the actual working condition,we can deduce the equation about the distribution of axial stress and elastic bond stress of tensile type anchor's anchoring section when the anchor bolt and the surrounding me-dium are elastic materials by Mindlin's displacement solution in elastic half-space.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】5页(P100-104)【关键词】拉力型锚杆;锚固段;粘结应力;Mindlin解【作者】彭辉;袁超;向德强【作者单位】湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201;湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201;湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TU313锚杆锚固作为岩土工程的一种主要技术得到日益广泛地应用，锚杆的单体承载能力也不断地提高［1］.预应力锚杆因其具有主动加固、效果明显、施工方便、圬工量小及扰动破坏小等特点得到广泛地应用［2］.与压力型相比，传统拉力型锚杆具有施工工艺简单，技术门槛不高、施工机具设备轻巧、费用低廉等诸多优点，在实际工程应用中更加广泛［3］.对于锚杆锚固机理，国内外许多科技工作者和工程技术人员做了大量的研究，但目前锚杆支护设计在很大程度上仍依赖于经验类比，锚固理论方面的研究仍远落后于工程实践［4］.本文从弹性理论Mindlin问题解出发，推导的锚固段应力分布弹性解是在前人工作的基础上对拉力型锚杆锚固端弹性应力分布解析解的进一步探索.1 锚固段应力分布弹性解考虑拉力型锚杆埋入岩体中，其端头受拉拔力的情况，为了方便对其进行研究，分别作如下假定:1)锚固体与周围岩体为线弹性体;2)周围岩土体与锚固体之间的界面服从库伦准则;3)锚固体截面上的轴应力为均匀分布;4)在弹性工作段内，锚固体与周围岩土体之间的变形协调一致.锚杆所作用的岩体可视为半无限空间在平面半空间内部深度c处作用一集中力P(如图1所示)，在B(x，y，z)处的垂直位移可由Mindlin 位移解［5］确定:式中:E、υ——岩体的弹性模量和泊松比.图1 Mindlin解的计算简图Fig.1 Sketch of Mindlin's solution在孔口处，x=y=z=0，则式(1)可简化为将拉力型锚杆计算模型简化为半无限空间体内部某一点受到集中荷载P作用(如图2所示).图2 计算简图Fig.2 Calculation model图2 中，原点o点位锚固体始端，o'为锚固体末端.G点距原点距离为Z，如果将G点处微段的剪力作为集中力dP，则:式中τ为锚固段剪应力;D为锚固体直径.由式(2)和式(3)可知，集中力dP在o处引起的位移为:根据胡克定律，沿锚固体的轴向应变为:式中:Ea——为锚固体的换算弹性模量;μ——锚固体的泊松比.由基本假定(3)，有:由基本假定(2)可知，锚固体与周围岩土体之间的界面满足库伦准则，界面产生破坏时的切应力应不小于剪切破坏面上正应力引起的摩阻力σtan φ与岩土体本身抗剪强度c之和，此时令粘结力c=0，有:综合式(4)～式(7)，根据基本假定(4)，可得变形协调方程:式中:l为集中力引起的剪应力分布范围.取锚固体任一微段进行受力分析，如图3所示.得平衡方程为:图3 锚杆锚固段荷载传递分析简图Fig.3 Mechanical analysis of anchorage segment of tensile-type anchor由式(9)得:联立以上方程的微分方程:式中令:由式(11)求解得方程通解:由边界条件z=0时，，得:综合式(10)、式(13)得:式(13)和式(14)即锚固段的正应力和剪应力分布方程.从式(13)和式(14)中可知，对正应力和剪应力可能产生影响的因素有预张拉力、锚固体孔径，弹性模量Ea/E比、岩土体泊松比等.后面分别会对各因素进行理论分析.2 算例分析假定锚固体弹性模量为Ea=2.1×105 MP、泊松比υ=0.2 MP;岩土体弹性模量E=5×103 MP、泊松比μ=0.3 MP;锚杆直径φ =25 mm;锚固体与岩土体之间界面的摩擦角φ=30°;锚杆的抗拔力P=117.8 kN.可分别求出锚固段剪应力与轴向正应力的分布，如图4、图5所示.根据图4、图5分析，可以看出拉力型锚杆受力状况具有以下特性:1)在张拉端口处，锚杆所受粘结应力为零，端口以下切应力迅速增大并达到最大值.2)在端口处，锚杆所受轴应力最大，并且沿着杆长的方向逐渐减少，趋向于零.3)在切应力达到最大值后，切应力急剧的降低，并且达到零值.4)轴应力和切应力主要分布在端口附近，在远离端口部位，基本不受力的影响.3 锚固段应力分布的影响因素3.1 张拉力P的影响假定对锚杆施加不同的拉伸荷载，其值分别为80、100、120、140 kN，而其他的参数与算例中相同，根据式(13)与式(14)可绘出在不同张拉力下的拉力型锚杆锚固段切应力、轴应力的分布曲线，如图6、图7所示.从图6中可以看出，随着预张拉力的增加，锚固段的切应力峰值不断增大，这说明提高预应力能有效的增强锚杆锚固的作用效果.不同的荷载级别作用下界面上的切应力峰值所影响的锚固深度基本是一致的，而且不会随荷载变化而变化.从图7中可以看出，随着荷载的加大，轴应力最大值也不断增大，锚固段注浆体处于受拉状态，锚固段轴应力越大，容易造成注浆体达到极限强度而导致受拉破坏.跟剪应力一样，不同的荷载级别作用下界面上的切应力峰值所对应的锚固深度是一致的，并不随荷载变化而变化.3.2 弹性模量Ea/E的影响图8和图9分别是在不同弹性模量比值下锚固段切应力和轴应力的分布情况.图8 不同的Ea/E值对黏结应力分布的影响Fig.8 Principles of shear stress on various Ea/E图9 不同的Ea/E值对正应力分布的影响Fig.9 Principles of normal stress on various Ea/EEa/E比值是锚固体换算弹性模量与岩土体弹性模量的比，该比值越大，说明相对于锚杆，周围岩土体越软.图8可以看出，当锚固体材料一定时，外界岩体的弹性模量越大，岩体越坚硬，锚固段切应力分布范围越小，峰值越大;岩体越松软，这时切应力的分布范围越大，但峰值就越小.随着岩体弹性模量的减少，粘结应力值不断降低，但其分布范围会增大些，向锚固远端延伸.分析图9，可以看出，岩体越坚硬，轴应力值越小，岩体越松软，轴应力值越大，且轴力峰值和位置基本上保持不变.3.3 孔径D的影响不同孔径下锚固段切应力和轴应力的分布分别见图10和图11.图10 不同的D值锚固段切应力分布图Fig.10 Principles of shear stress on various D从图10可见，随着锚杆的直径越大，锚固体与外界岩体界面的切应力分布越平滑，切应力峰值也越小.图11分析可得，随着孔径的增大，锚固段轴应力分布分布越平滑，轴应力值也越小.图11 不同的D值锚固段轴应力分布图Fig.11 Principles of normal stress on various D3.4 岩土体泊松比μ的影响通过分析，得出岩土体的泊松比对锚杆锚固段影响非常小，基本可以忽略不计.4 结论1)根据弹性理论Mindlin解，推导出拉力型锚杆锚固段的粘结应力和轴应力分布的方程，并分析拉力锚杆的受力特点，为拉力型锚杆的应用提供了进一步研究. 2)通过上文中对岩土几个相关参数对锚固应力分布的影响的分析，其中影响较大的是弹性模量Ea/E比值，预张拉力以及锚杆直径，而岩土体泊松比几乎不产生影响. 参考文献:［1］尤春安.全长粘结式锚杆的受力分析［J］.岩石力学与工程学报，2000，19(3):339-341.［2］程良奎.岩土锚固研究与新进展［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(21):3803-3881.［3］张健超，贺建清，蒋鑫.基于Kelvin解的拉力型锚杆锚固段的受力分析［J］.矿冶工程，2012，32(4):16-19.［4］杜润泽，明世祥，潘贵豪，等.全长粘结式锚杆锚固性能试验研究［J］.煤炭工程，2009(1):74-76.［5］尤春安.锚固系统应力传递机理理论及应用研究［D］.泰安:山东科技大学，2004.。
岩体载荷蠕变试验方法研究
岩体载荷蠕变试验大致包括多级循环加载、多
级单调加载、一级加载 3 种加载方式(见图 1)。其中 多级循环加载方式运用较多。
多级加载下，各荷载级别的蠕变基于 Boltzman 线性叠加原理[10]，按下式计算：
r
w(t) P1J (t) (Pi Pi1)J (t i )
(3) 岩体在恒载下的变形一般具有瞬时弹性变 形、蠕变，卸载有瞬时回弹、弹性后效、残余变形 等特征。在此强调，不同于室内岩样，现场岩体包 含节理、裂隙，即使恒载下的蠕变已稳定，卸载后 仍有明显残余变形，有时残余变形甚至大于蠕变。
除残余变形外，以上诸因素均可指向广义 Kelvin 模型。实际岩体载荷蠕变试验中也较多地采用了广 义 Kelvin 模型。但为说明广义 Kelvin 模型的适用性 而说“残余变形呈现趋于 0 的趋势”是不符合实际 的；模型加入塑性元件也有问题，因为恒载蠕变速 率趋于 0。
， 可
EHH
(5)
或
E11 11
(6)
E22 22
式(4)～(6)中： ，H ，1 ，2 均为应变；EH ，E1 ， E2 均为弹性模量；1 ，2 均为黏滞系数。
2 试验原理
岩体载荷蠕变试验原理可一般地表述为：通过 承压板(刚性或柔性)施加恒定荷载于半无限岩体表 面，测量板下岩体表面和/或深部蠕变，依据蠕变模 型计算试验条件下的岩体蠕变，以蠕变计算值与试 验值间差异最小为目标，反演蠕变模型并优化模型 参数。
蠕变计算可采用数值法和解析法。只要计算模 型足够精细，数值法可适用黏弹塑性体、非均质体。 解析法是基于布辛涅斯克弹性问题解答，应用相应 性原理求岩体蠕变，仅适用线性黏弹性体。因解析 法逻辑清晰、运用简便，且一般工程问题可接受岩 体为线性黏弹性的假定，故工程应用较为普遍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第31卷增刊1 岩 土 力 学 V ol.31 Supp.1 2010年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2010收稿日期：2010-04-23基金项目：国家自然科学基金面上项目（No. 40772184）；国家自然科学基金重大国际合作项目（No. 50720135906）；国家重点基础研究发展计划(973)项目（No. 2009CB724603）。
第一作者简介：伍国军，男，1977年生，博士，助理研究员，主要从事隧道及地下工程研究方面的工作。
E-mail: gjwu@文章编号：1000－7598 (2010) 增刊1－0150－07基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究伍国军1，陈卫忠1, 2，王永刚3, 4（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；2.山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；3.同济大学 土木工程学院地下建筑与工程系，上海 200092；4.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）摘 要：考虑岩体蠕变效应的锚杆应力分布及变化特征对研究工程锚固效应具有非常重要的意义，而目前关于这方面的研究并不多见。
首先从锚固微元体受力特点的角度出发，研究微元体在围岩蠕变条件下的受力变化规律，得到如下结论：蠕变岩体下锚杆锚固力的变化趋势和岩体所受应力状态及其变形密切相关。
当微元体受拉时，锚杆轴力随时间有不断增长的趋势；而当微元体受压时，锚杆轴力则随时间不断减小。
针对锚杆在黏弹塑性围岩体中的受力分布，以解析方法推导了锚杆应力峰值所在位置与围岩体塑性区重合的重要结论，且从工程数值计算角度进一步验证了锚杆应力峰值的位置特点，并分析了地下工程中锚杆应力随围岩体蠕变而逐渐增大的变化特征。
关 键 词：蠕变；锚杆；应力分布；塑性区；地下工程 中图分类号：TU 470 文献标识码：AStudy of distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock massWU Guo-jun 1, CHEN Wei-zhong 1, 2, WANG Yong-gang 3, 4(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071, China; 2. Research Center of Geotechnical ＆ Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China;3. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;4. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: It is of great importance for studying anchoring effect when considering distribution and variation of anchor stress based on creep effect of rock mass; however, there are not many articles to deal with this aspect in recent years. In this paper, we begin with the load-bearing characteristics of anchorage micro-unit, research on variation of anchor stress under the condition of rock mass creeping, then give some conclusions as follows. Force variation of anchor which is embedded in the creeping rock mass has much relationship with stress state and displacement of surrounding rock mass. When anchorage micro-unit is in tensile state; the axial force of anchor is increasing as time goes on. On the contrary, when anchorage micro-unit is in compressive state, the axial force of anchor is decreasing. In terms of stress distribution of anchorage in visco-elastoplastic rock mass, it is concluded to be in accordance with each other between the location of peak stress of anchor and the plastic zone of surrounding rock mass. The conclusion is further verified to be correct by analytical method of engineering. In addition, it is analyzed that the anchor stress is increasing with creeping of surrounding rock mass in underground engineering.Key words: creep; anchor; distribution of stresses; plastic zone; underground engineering1 引 言在岩体工程中，锚固技术已经成为提高岩体工程稳定性和解决复杂工程问题的重要方法之一。
锚杆自身的应力分布特点及变化趋势，直接影响到锚固效果，进而关系到工程的稳定性及安全性。
关于锚固机制的研究方面，国内外已经做了大量的研究工作，尤其对于锚杆的应力分布规律上，众多研究增刊1 伍国军等：基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究人员通过各种简化和假设，得到诸如锚固剪应力呈幂函数或具有中性点分布等研究成果[1－2]；而对于锚杆的应力（预应力）变化趋势上，一般是研究其应力损失的影响因素，诸如受岩土体蠕变、冲击作用、钢材应力松弛、降雨、温度及锚杆施工工艺等的影响[3－6]，在这方面很多学者做了大量有意义的研究工作。
陈安敏，顾金才等[7]根据一定的相似比例进行了软岩加固的模型试验，通过材性试验给出了模拟软岩的单轴压缩蠕变曲线，并运用广义Kelvin黏弹性模型来描述其蠕变性质，给出了介质的压缩蠕变方程，并在此基础上提出了锚索张拉吨位随时间而损失的估算方法。
景锋、余美万等[8]总结了预应力锚索的预应力变化规律以及影响预应力变化的各种因素，基于岩体流变和锚索松弛的耦合作用，推导了锚索预应力变化的数学模型。
朱晗迓、尚岳全等[9]针对边坡锚固工程，考虑锚索预应力变化和边坡蠕变的耦合作用，建立新的模型并进行理论推导，得出了在耦合作用下锚索长期有效预应力的变化公式，从而应用于工程实例。
张发明等[10]通过对水利水电工程岩体加固中常采用的大吨位预应力长锚索锚固力变化规律的分析，详细讨论了影响预应力锚索锚固力变化的钢材松弛、岩体强度与性质、施工质量、锚索结构与环境变化等因素，得出了不同影响因素对预应力长锚索锚固过程中锚固力损失的影响效应。
丁多文、白世伟等[11]从理论上分析了预应力锚索加固岩体的预应力损失，并根据广义Kelvin黏弹性模型本构关系进行分析，确定了自由段锚索随时间产生的最大预应力损失，同时根据广义Kelvin黏弹性模型本构关系及厚壁筒理论确定了锚固段由时间产生的最大预应力损失，从而确定了总的预应力损失。
另外，还有一些学者对考虑岩体流变效应的锚杆应力分布特点及变化规律做了一些经验性的探讨和总结[7, 12－13]。
总体而言，有关这方面的研究还缺乏系统性，有待开展进一步的研究。
本文从两个方面对基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及变化形态展开研究。
首先在前人的研究基础上，从锚固微元体受力特点的角度出发，研究锚固微元体在围岩蠕变条件下的受力变化规律；然后针对锚杆在黏弹塑性围岩体中的受力分布，研究锚杆应力峰值的位置特点及锚杆应力随时间的变化特征。
2 锚固微元体受力变化特征如图1所示，取锚固系统一微元体进行受力分析，假定注浆体与锚杆作为整体变形受力体。
文献[14]根据锚固微元体的受力平衡，假定锚杆微元体上的摩阻力与锚杆和围岩体之间的相对位移呈正比，并进行一系列推导，得到基于荷载传递机制理论的锚杆轴力基本微分方程：22ini2d()()0duP xa P x kxx∂−+=∂（1）式中：()P x为锚杆轴向力；iniu为岩体未安装锚杆时的径向位移；2b b r11a kA E SE⎛⎞=+⎜⎟⎝⎠；bE为锚杆弹性模量；rE为岩体弹性模量；S为锚杆作用面积；k为单位长度上的剪切刚度；bA为锚杆横截面面积。
图1 锚固微元体Fig.1 Anchorage micro-unit式（1）建立了锚杆轴向力与围岩体径向位移的函数关系，可知：只要知道围岩体任何位置的位移关于x的偏导（即应变），就能得到锚杆在这一位置的轴力值()P x的表达式。
对于具体的工程岩土体，应变与应力（或内力）的关系可通过试验或相关手段获得，这样便能求出锚杆轴力的表达形式。
经以上分析，笔者结合经验蠕变方程推导了注浆岩石锚杆的轴向载荷表达式，并采用算例得到锚固微元体轴力随时间的变化关系。
2.1 经验蠕变模型微元体锚杆轴力形式的推导采用经验黏弹蠕变模型如下：32cr1ppp tεσ=（2）式中：crε为蠕变应变；123p p p、、均为蠕变试验参数；t为时间。