基于ABAQUS的鎖腳錨桿全長位移分布變化特征的研究

才昊

摘 要 隨著黃土隧道的大量修建，作為其中重要和有效的支護手段，錨桿被廣泛應用。但目前對于錨桿力學特性的研究仍不夠全面和深入。本文采用數值模擬的方法對鎖腳錨桿進行研究，分析了鎖腳錨桿全長位移分布變化規(guī)律和不同打設角度時鎖腳錨桿的整體變形特征。得出結論：小角度打設的錨桿變形以豎向彎曲為主，大角度打設的錨桿變形除了豎向彎曲還會發(fā)生縱向滑移。

關鍵詞 黃土隧道 鎖腳錨桿 數值分析 位移分布

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

1鎖腳錨桿模型的建立

為了更全面深入地研究鎖腳錨桿的受力特性與承載特點，突出錨桿的與黃土的相互作用關系，在上述開挖模型的基礎上，建立如圖所示的三維有限元計算模型（如圖1、圖2）。

由圣維南原理和實際工程經驗可知，洞室開挖過程中圍巖應力重分布僅發(fā)生在洞室周圍3-5倍隧道開挖跨度范圍內，此范圍以外的圍巖應力基本不受洞室開挖的影響。本文數值模擬中，圍巖模型的尺寸以模型各面距離錨桿8-10倍管徑建立。

2鎖腳錨桿全長位移分布變化特征

在以往對鎖腳錨桿的研究中，由于受到試驗條件和測試方法的限制，模擬試驗中無法測得鎖腳錨桿全長的位移分布情況，僅僅測得錨桿端部的位移，這對于全面研究鎖腳錨桿的整體變形是不夠的，所以需要利用數值模擬對鎖腳錨桿的全長位移分布變化特征進行研究。

鎖腳錨桿的位移主要考慮豎向位移和水平位移，并假定豎向位移以向上為正，反之為負；水平位移以向圍巖方向移動為正，反之為負。每個斷面的位移以其上側頂點的位移為代表。基于不同打設角度下錨桿全長位移的分布情況得出如下結論。

3結論

綜合對比打設角度分別為0o、30o、45o和60o的鎖腳錨桿全長位移分布圖，可以得到以下結論：

（1）無論以何種角度打設錨桿，錨桿的豎向位移和水平位移均為負，說明錨桿在豎直方向上主要向下移動，在水平方向上主要向遠離圍巖的方向移動。在錨桿的這種位移情況下，錨桿下側的圍巖受到的壓力較大，容易發(fā)生較大變形甚至破壞。

（2）豎向位移和水平位移沿著錨桿長度方向的分布變化規(guī)律基本一致，即：位移隨著錨桿長度的增加先迅速減小，在75cm處位移減至很小，然后緩慢減小最終趨于0。

（3）隨著打設角度的增大，同一荷載下錨桿的端部豎向位移相應的呈減小的趨勢，底部豎向位移呈增大的趨勢，但鋼拱架的沉降主要由鎖腳錨桿的端部控制，所以增大鎖腳錨桿的打設角度有助于控制錨桿的端部豎向位移，從而有利于控制隧道的豎向沉降。綜合考慮施工條件，鎖腳錨桿的打設角度應取45o。

（4）相較于大角度打設的錨桿，小角度打設的錨桿其外端的豎向位移更大而底端的豎向位移卻很小，說明小角度打設時，錨桿主要以豎向彎曲變形為主，而大角度打設時錨桿除了豎向彎曲，還在錨桿底端發(fā)生了沿錨桿縱向的滑移變形。

（5）錨桿同一長度處的位移，不管是豎向位移還是水平位移，其增量隨著荷載的均勻增加由開始的均勻增加變?yōu)榧铀僭黾印?/p>

參考文獻

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