有关塑料锚杆的模拟分析

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全长膨胀塑料锚杆对围岩的作用方式为：（1）沿锚杆径向的膨胀应力作用；（2）沿锚杆轴向的轴向拉应力作用。　　显然这是一个三维应力作用，对于目前普遍采用的平面有限元来说，不能满足要求。为此，将所分析的两个相互垂直的平面，即垂直于巷道轴线的平面和平行于巷道轴线的平面，分别进行有限元计算，然后进行应力迭加。　　xoy平面的网格划分：由于巷道较长，可认为在垂直于巷道轴线的平面（xoy）内模型为平面应变问题，单元划分为四边形八节点等参单元。模型范围取高20m，考虑巷道的对称性，按半平面计算，宽15m.巷道开挖尺寸取高3m，半宽2m.其有限元计算网格见图2，如此划分网格后，橡胶注射机在垂直方向上划分40个单元、41个节点，在水平方向上划分30个单元、31个节点。单元总数目为1200个，节点总数目为1271个（包括因巷道开挖而去掉的节点和单元）.由于煤系地层的岩石一般比较软弱，在受力后既有初始的弹性变形，又有一定的塑性变形，属于弹塑性体，因此应选用Mohr-Coulomb准则来判别岩石的破坏形式。　　yoz平面的网格划分：在yoz平面内，考虑锚杆安设的对称性，取模型宽312m，高3m.纵向划分30个单元，横向划分33个单元，单元总数目为990个，节点数为（33+1）@（30+1）=1054个。按Mohr-Coulomb准则来判别岩石的破坏形式。　　xoy平面模型模型的范围取值为高度20m，宽度15m，考虑对称性，只研究巷道宽度之半至其右侧15m的范围，底板取5m，顶板取12m，巷道距地表垂深为262m，左边界除巷道内的节点开挖掉以外，其余节点固定其水平位移，右边界由于距巷道较远，按水平位移为0，也即按右边界固定水平位移。模型底部边界按完全固定边界，水平位移、垂直位移均固定，位移为0。模型顶部为自由边界，按上覆岩层自重施加荷载，按一定关系分配到顶部边界各个节点上。