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1、含拱肩裂纹巷道的支护参数研究周俊(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南23200１)摘要:采用Abaqus软件建立含拱肩裂纹巷道的有限元模2结果分析型,计算了不同支护参数下裂纹尖端的应力强度因子,并对正交表安排试验具有“均衡分散性”和“综合可比性”这裂纹尖端的应力分布进行了数值模拟。研究结果表明:混凝[１]两个特点,能够取得减少试验次数的良好结果。模拟方案土喷层厚度的选取对裂纹尖端应力的控制具有显著的影响,考虑顶板锚杆间距、两帮锚杆间距和混凝土喷层厚度三个因采用最优组合支护方案能使拱肩裂纹尖端的应力得到很好素,并考虑因素之间的相互作用
2、,每个因素取两个水平。以的控制效果。应力强度因子为指标,其因素水平和模拟方案见表2~4。关键词:应力强度因子;极差分析;方差分析表2因数水平表中图分类号:TD353文献标志码:B因数水平文章编号:１6７2-40１１(20１７)0１-0064-02编号顶板锚杆间距A/m两帮锚杆B间距/m混凝土喷层C/mmDOI:１0．3969/j．issn．１6７2-40１１．20１７．0１．029１2１．5１002１0．７52000前言表3模拟方案及应力强度因子KⅠ的计算结果在地下巷道施工过程中,裂隙的产生会影响巷道的稳因素定,给工程施工带来了安全
3、隐患。本文采用Abaqus有限元ABA×BCA×CB×C应力强度因编号子KⅠ/软件对含裂纹巷道进行数值模拟,并结合正交试验设计法的列号１/2(MPa·m)理论知识对含拱肩裂纹巷道的支护参数进行了分析,分析结１23456７果对巷道裂纹控制具有一定的参考价值。１１１１１１１-0．７0862１１１222-0．5７8１1数值模拟3１22１１2-0．７0７51．1应力强度因子的数值计算4１2222１-0．5７90采用Abaqus软件计算裂纹尖端的应力强度因子。建立52１2１2１-0．７064带拱肩裂纹的矩形巷道有限元模型,拱肩裂纹与顶板平面的
4、62１22１2-0．5７７７夹角为45°,裂纹长度为0．5m。巷道支护形式采用锚喷支护,锚７22１１22-0．７094杆直径为20mm、长为2m,其他有限元的计算参数见表１。822１2１１-0．5７７8表１计算参数表4模拟方案及应力强度因子KⅡ的计算结果弹性模密度内聚力内摩擦材料名称泊松比量/GPa-3/MPa角/(°)/(Kg·m)因素应力强度因岩体30．2７2400１．220ABA×BCA×CB×C子K/编号Ⅰ列号混凝土35．50．１825002．850(MPa·m１/2)１23456７锚杆2１00．3７800１１１１１１１-0
5、．44521．2裂纹尖端的应力分布2１１１2220．3989采用Abaqus软件中摩尔-库伦塑性模型对有限元模型3１22１１20．44１７的应力分布进行数值模拟,裂纹尖端附近应力分布见图１。4１2222１-0．40１552１2１2１0．440462１22１20．398１７22１１22-0．445１822１2１１0．39802．1极差分析按照极差分析法对表3~4进行处理,各水平下的指标之和h、各水平下指标之和的平均值H以及极差的计算结果图１拱肩裂纹尖端应力分布见表5~6。由表5中裂纹尖端应力强度因子K在各因素下极差分Ⅰ收稿日期:20１
6、6-１１-１9析可以得出:不同的因素对裂纹尖端应力强度因子K的影作者简介:周俊(１99１-),男,安徽池州人,硕士研究生,主要研究方Ⅰ向:工程力学。响次序为C>A×B>B>A>A×C>B×C。由表6中裂纹·64·尖端应力强度因子KⅡ在各因素下极差分析可以得出:不同度因子KⅠ的影响次序为C>A×B>B>A>A×C>B×C。的因素对裂纹尖端应力强度因子KⅡ的影响次序为C>A×不同的因素对裂纹尖端应力强度因子KⅡ的影响次序为C>B>A>B>A×C>B×C。A×B>A>B>A×C>B×C,可以看出方差分析的结果与极表5应力强度因子KⅠ为指标
7、的极差分析差分析的结果相一致。h１2．5７322．5７082．5７392．83１92．5７１62．5７１8因数水平的改变引起的平均偏差平方和和误差平均平h22．5７１32．5７3７2．5７062．3１262．5７292．5７2７方和的比值称为F值,通过计算F值可以得出:混凝土喷层H0．64330．642７0．64350．７0800．64290．6430总和T=厚度的选取对裂纹尖端应力强度因子具有显著的影响,而其１5．１445H20．64280．64340．642７0．5７820．64320．6432他因素的影响不大,可任意选取。综合
8、极差分析和方差分析R0．00050．000７0．00080．１2980．00030．0002的结果,选取最优组合C2A2B１,使应力强度因子的数值控制到最小。表6应力强度因子KⅡ为指标的极差分析2．3裂纹尖端应力分布h１１．68７3１
