基于锚杆接触问题的有限元解法及其应用

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1、西南交通大学硕士学位论文锚杆接触问题的有限元解法及其应用姓名：徐骏申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：毛坚强20030901西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要在隧道、边坡、深基坑等各类岩土工程中，锚杆因施工简单且效果良好得到了相当广泛的应用，但其相应的计算及设计理论并不十分成熟。对于用锚杆作为支承或加固方式的结构来说，有限元法应是一种较为理想的数值分析工具。目前，虽然已有不少的锚杆计算模型及相应的计算方法，但这些方法在对锚杆力学行为的模拟及应用等方面，尚存在着一些问题。本论文的主要目的就是试图建立一

2、种比较合理而又简单实用的锚杆计算模型及相应的有限元计算方法，以用于锚杆支护类工程问题的求解。论文中，通过对目前各种锚桐：的有限元计算模型进行比较分析，发现它们存在着如下问题：无法反映铺秆和岩土体间的剪切一滑移作用；有限元网格划分过于复杂；计算参数难以选择和确定等。为JI-L，本论文提出一种新的锚杆计算模型，它将锚杆与周围岩土体间的相互作用作为接触问题考虑，其计蜉朋!沦比牧∥谶，能较好地模拟山{

3、61i朴的受力状态及锚十-I：与岩土体间的剪切一泔穆作用，即：锚秆一岩土体之间的接触面具有抵抗强度。当接触面上切向应力

4、小于其抵抗强度时，锚杆与岩土体共同变形；达到抵抗强度时则沿切向发生相对滑动。此外，该方法在使用时不会因锚杆单元的添加而使得有限元网格的划分变得过于复杂。论文中，作者根据等参元理论建立了三结点锚杆单元计算公式，并研制了相应的有限元计算程序。上述工作完成后，应用本文方法对锚杆的拉拔试验进行了数值模拟，得到了较好的计算结果，从而证明了本文计算方法的正确性。此外，应用该法成功地计算了锚杆支护边坡的一个工程实例，从而证明了该方法应用于实际工程的可行性。总之，本论文研究结果表明，与目前国内外各种计算方法相比，本论文提出的锚

5、杆计算模型和方法能够较好地模拟锚杆的力学行为，相关的计算参数容易获得，程序的编制和应用也比较方便，虽然还存在着论文中所述的不少需婴改进和完善的地方，但作者相信这种计算方法具有广阔的发展前景。关键词：锚杆：接触问题；有限元；岩土工程西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstraetSofar,thoughtheanchorboltsarewidelyusedintunnel，slopeanddeepexcavationengineeringfortheirconvenienceinconstructionan

6、dgoodeffect，thetheoryonthecalculatinganddesignmethodofanchorboltsstudiesarenotsoperfectandremaintobedeveloped．Presently,thoughfiniteelementmethodisstillanidealtoolforthecalculationofanchor-boltretainingstructuresandmanyresearchresultsconcerningtheseproblemsa

7、reavailable，thereexistsomeproblemsonthesemethodsinsimulatingtheanchorbolt’smechanicalbehavior．Themainintentionofthispaperistodevelopareasonable，simple，applicablecomputationalmodelandcorrespondingfiniteelementapproachaboutanchorbolls，andtoapplyittogeoteehnica

8、lproblemsofanchor—boltretaining．Bytheanalysisofthepresentcomputationalmodelsandmethodsonanchorbolts，theauthordeemsthattherearesomedisadvantagesinthesemethods，suchas：(1)themodelscan’treflecttherelativeslidebetweentheboltsandgeotechnicalmass；(2)thedivisionofFE

9、Mmeshistoocomplicated；(3)somecomputationalparametersoftheboltsaredifficulttodetermine．Thus，theauthorattempttodevelopanewmodelofanchorboltssoastoavoidthedisadvantages．Inthemodel，theinteractionbet