岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (7): 1911-1924.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1764

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

恒阻大变形锚杆非线性力学模型 及恒阻行为影响参数分析

朱淳1, 2，何满潮2，张晓虎2, 3，陶志刚2，尹乾2，李利峰2, 3   

  1. 1. 河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；2. 中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083； 3. 贵州工程应用技术学院 土木建筑工程学院，贵州 毕节 551700
  • 收稿日期:2020-11-25 出版日期:2021-07-12 发布日期:2021-07-16
  • 通讯作者: 张晓虎，男，1982年生，博士，副教授，主要从事工程灾害控制理论方向的研究工作。E-mail: zhangxiaohucumtb@163.com E-mail:zhuchuncumtb@163.com
  • 作者简介:朱淳，男，1993年生，博士，讲师，主要从事深部工程地质灾害监测与治理方向的研究与教学工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 41941018）；贵州省教育厅青年科技人才成长项目（黔教合KY字[2020]155号、[2019]162号）、毕节市科技局联合基金项目（毕科联合字G[2019]26号）和中央高校基本科研业务费项目联合资助（No. B210201001）。

Nonlinear mechanical model of constant resistance and large deformation bolt and influence parameters analysis of constant resistance behavior

ZHU Chun1, 2, HE Man-chao2, ZHANG Xiao-hu2, 3, TAO Zhi-gang2, YIN Qian2, LI Li-feng2, 3   

  1. 1. School of Earth Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 3. School of Civil Engineering, Guizhou University of Engineering Science, Bijie, Guizhou 551700, China
  • Received:2020-11-25 Online:2021-07-12 Published:2021-07-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41941018), the Technology Top Talent Support Project of the Department of Education of Guizhou Province ([2020]155, [2019]162), Bijie Science and Technology Plan Joint Fund Project ([2019]26) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (B210201001).

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摘要： 恒阻大变形锚杆具有高恒阻力、大变形和高吸能的优良特性，它在巷道、隧道和边坡工程的加固和监测中具有广泛的应用。从恒阻锚杆的特性分析出发，建立了恒阻大变形锚杆的非线性力学模型，该模型能够将恒阻锚杆的力?位移曲线的上升段和黏滑段统一起来，能够更完整地对恒阻大变形锚杆的力学行为进行描述，并且用无量纲方法对影响恒阻大变形锚杆力学行为的4个参量?、?、?d和f进行了分析，得出各个参量对系统黏滑阶段的恒阻力均值、振幅、振动周期和主振频率的影响特征。基于有限元数值模拟方法对该非线性模型进行了计算验证，证明了建立的非线性力学模型的正确性，并探究了恒阻体体积模量、套管体积模量和拉伸速度对恒阻大变形锚杆的恒阻黏滑行为的影响特征，为恒阻大变形锚杆后续的优化设计和工程应用提供了理论依据。

关键词: 恒阻大变形锚杆, 非线性力学模型, 黏滑行为, 摩擦振动, 数值模拟 中图分类号：U 455 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2021) 0

Abstract: Constant resistance and large deformation bolt has the excellent characteristics of high constant resistance force, large deformation and high energy absorption, and is thus widely used in the reinforcement and monitoring of roadway, tunnel and slope engineering. A nonlinear mechanical model of constant resistance and large deformation bolt is established based on the analysis of the characteristics of constant resistance anchor. The model could unify the rising section and the stick slip section of constant resistance force, and can more completely describe the mechanical behavior of the constant resistance and large deformation bolt. Moreover, the dimensionless method is used to analyze the four parameters ?, ?, ?d and f, which affect the mechanical behavior of the constant resistance and large deformation bolt, and the influence characteristics of each parameter on the mean value of constant resistance force, amplitude, vibration period and main vibration frequency of the system in the stick-slip phase are obtained. Finally, the nonlinear model is verified based on the finite element numerical simulation method, and the accuracy of this nonlinear mechanical model is proved. Meanwhile, the influence characteristics of the constant resistance body bulk modulus, casing bulk modulus and tensile speed on the constant resistance stick slip behavior of the constant resistance and large deformation bolt are researched. The results could provide a theoretical basis for the subsequent optimization design and engineering application of the constant resistance and large deformation bolt.

Key words: constant resistance and large deformation bolt, nonlinear mechanical model, stick slip behavior, friction vibration, numerical simulation

中图分类号: 

  • U 455
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