层状岩体锚杆锚固系统荷载传递规律及其破坏模式研究项目摘要

层状岩体具有各向异性、非均质性等特殊的工程地质属性，以其作为工程载体，工程事故常易被引发；然而，目前针对这种特定地层条件下的锚固理论研究尚未开展，严重滞后于工程应用。本项目拟遵循室内试验、理论建模以及工程应用相结合的研究思路，以层状岩体锚杆锚固系统为研究对象，开展锚固系统荷载传递与破坏机制研究；通过室内拉拔试验，揭示层状地层条件下不同布设角度锚杆三相两界面锚固系统的荷载传递特性及破坏特征；构建能反映岩体层状结构特征、考虑系统多界面特性及锚杆布设角度影响的锚固力学模型，求解获得系统各界面力学方程表达式，并结合系统应力分析，给出层状岩体锚杆锚固系统破坏类型判别标准与拉拔极限荷载计算公式；结合工程实际，验证理论模型的合理性。本项目皆在为层状岩体锚杆锚固设计与计算、科学评价及优化提供强有力的理论基础和科学依据。

层状岩体因其特殊工程地质属性，以其作为工程载体，极易引发工程事故。本项目紧密围绕层状岩体锚杆锚固系统荷载传递规律及其破坏机制两计划要点，通过系统的理论分析、室内试验、现场试验与数值分析等研究手段，相互验证推导层状岩体锚杆及其极端特例缺陷锚杆锚固力学微分方程及其解析解，并给出迭代计算方法与求解步骤，揭示了层状岩体锚杆锚固系统界面荷载传递机制；分析了锚杆剪应力分布类型、拉拔极限荷载大小及破坏特征之间的内在关系，并给出了相关判别标准及取值方法；建立了包含层状岩体地层在内的锚杆锚固系统动力分析模型，给出了其动力控制方程的具体有限差分格式，并编程使其程序化。依托本项目发表学术论文5篇，其中SCI检索3篇，EI收录2篇；培养研究生7人次，其中博士3人次，硕士4人次；总体上完成了原定的研究目标，研究成果皆可为层状岩体锚杆锚固技术提供强有力的理论基础和科学依据。 2100433B

岩体破坏 failure of rock mass

岩块压碎、岩体结构改组和结构丧失联结的现象。岩体破坏时力学作用方式和过程称岩体破坏机理，它是研究岩体破坏的核心问题（见岩石和岩体）。

岩体破坏与岩体结构及环境应力（见岩体中应力）状态密切相关。完整结构岩体在低的环境应力(地应力)条件下呈脆性的张破裂，在高的环境应力条件下呈柔性的剪破坏或塑性流动变形。

块裂结构岩体的破坏主要是岩块沿软弱结构面滑动。其破坏机理和破坏判据正在研究中。板裂结构岩体的破坏以板的溃屈破坏为主。碎裂结构岩体破坏比较复杂，是晚近才认识到的破坏现象，在低的环境应力条件下，极大程度上受结构面发育状况控制；在高的环境应力条件下结构面作用消失，其破坏机理类似完整结构岩体，主要受岩石性质制约。

竹木锚固技术在夯筑土遗址加固中扮演着重要角色，然而相应的锚固系统传力机理研究还未开展，成为新型锚固技术研发的瓶颈，严重制约土遗址保护学科的形成与发展。本项目以在夯筑土遗址加固中应用最为普遍和成熟的竹木锚杆锚固系统为研究对象，对两种锚固系统的力学传递机理进行基础性研究。具体内容包括：室内和现场拉拔测试分析受拉状态下锚固系统中各界面的力学传递规律与特征；构建夯筑土遗址锚固系统力学传递模型，给出其方程表达式；筛选、优化并确立科学合适的锚固系统数值模拟分析方法。本项目旨在揭示夯筑土遗址锚固系统中的力学传递机理，为锚固设计与计算、工艺优化、杆体创新等奠定理论基础，同时开拓土遗址锚固技术基础理论研究和科学化运用的新局面。

不同结构的岩体，破坏时破坏机理不同，破坏类型也不同。基本的破坏类型共有 6种：①张破裂；②剪破坏；③结构体滚动；④结构体沿结构面滑动；⑤梁板溃屈和弯折破坏；⑥倾倒失稳。完整结构岩体在低应力条件下呈脆性张破裂，在高应力条件下呈柔性剪破坏或塑性流动变形。块裂结构岩体的破坏主要是岩块沿软弱结构面滑动。板裂结构岩体的破坏，常以板裂体溃屈弯折、岩块沿结构面滑动以及倾倒失稳为主。碎裂结构岩体的破坏比较复杂，在低应力条例下，极大程度上受结构面及结构体形状控制，除结构体张破裂、沿结构面滑动以外，结构体滚动占有重要地位。在高应力条件下，结构面控制作用消失，其破坏作用机理与完整结构岩体基本相同，主要受岩石材料性质控制。