一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法

本发明涉及岩土工程支护计算，尤其涉及一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法。

背景技术：

1、岩体中普遍发育有节理、裂隙、层面和断层等结构面。在边坡、地下洞室、矿山巷道和深部岩体工程中，结构面控制下的剪切滑移是岩体失稳的重要形式之一。锚杆作为一种常用支护构件，能够通过穿越节理面并与围岩和注浆体共同作用，提高节理面的抗剪承载能力。因此，准确计算锚杆对节理面的抗剪贡献荷载，是锚固岩体稳定性评价和支护设计中的关键问题。

2、现有技术中，锚固节理面的抗剪承载力通常被认为由节理面自身抗剪承载力和锚杆抗剪贡献共同组成。锚杆在节理面剪切错动过程中主要通过两类作用提高抗剪能力：一类是锚杆横向受剪产生的销钉作用；另一类是锚杆轴向拉力引起节理面法向应力增量，并进一步提高摩擦抗力的法向增量作用。已有经验公式和理论模型通常采用锚杆最大拉力、极限抗拉强度或屈服强度来表征锚杆材料性能，并结合围岩强度、节理面摩擦角、锚杆倾角和剪胀角等因素预测锚杆抗剪贡献。

3、然而，在实际剪切过程中，锚杆并非处于单一受拉状态，而是在节理面附近承受拉伸、剪切和弯曲的复合作用，并常在节理面附近形成“s”形弯曲变形及局部剪切损伤。对于极限抗拉强度相近而剪切强度、延伸率不同的锚杆材料，仅采用最大拉力或极限抗拉强度难以区分其对节理面抗剪贡献的差异。低剪切强度锚杆可能在较小剪切位移下过早发生局部剪切破坏，无法充分发挥轴向拉力和塑性耗能能力；高延伸率锚杆则能够在更大剪切位移范围内保持塑性变形能力并延缓断裂。因此，现有计算方法存在材料参数表征不充分、对不同锚杆材料适用性不足、预测误差较大的问题。

4、针对上述问题，有必要提出一种能够同时考虑锚杆横向抗剪能力和延性特征的锚杆对节理面抗剪贡献荷载计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有计算方法存在材料参数表征不充分、对不同锚杆材料适用性不足、预测误差较大的问题，提出一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，包括以下步骤：

2、s1、确定待支护节理面的工程设计对象，所述工程设计对象包括岩体节理面、穿越所述岩体节理面的锚杆以及所述锚杆与围岩之间的锚固体；

3、s2、获取所述工程设计对象的结构控制参数和锚杆材料控制参数；

4、s3、确定所述结构控制参数对节理面抗剪贡献荷载的结构影响项；确定所述锚杆材料控制参数对节理面抗剪贡献荷载的材料修正项；

5、s4、根据所述结构影响项和所述材料修正项，得到锚杆对节理面的抗剪贡献荷载。

6、进一步地，所述结构控制参数至少包括岩体单轴抗压强度、节理面摩擦角、节理面剪胀角以及锚杆轴线与节理面之间的夹角。

7、进一步地，所述锚杆材料控制参数至少包括锚杆最大拉力、锚杆最大剪切载荷和锚杆延伸率。

8、进一步地，所述结构影响项按如下公式计算：

9、

10、其中，表示结构影响项，表示岩体单轴抗压强度，表示锚杆轴线与节理面之间的锐夹角，表示节理面剪胀角，表示节理面摩擦角。

11、进一步地，所述材料修正项包括延性修正因子和剪切承载修正因子，所述延性修正因子用于表征锚杆延伸率对锚杆塑性变形能力和断裂延迟能力的影响，所述剪切承载修正因子用于表征锚杆横向抗剪能力对锚杆局部剪切破坏时机的影响。

12、进一步地，所述材料修正项按如下公式计算：

13、

14、其中,表示锚杆材料修正项，表示锚杆延伸率，表示锚杆最大剪切载荷，表示锚杆最大拉力，a、b、c、d、g和h为经验系数。

15、进一步地，锚杆对节理面的抗剪贡献荷载按如下公式计算：

16、

17、其中，表示锚杆对节理面的抗剪贡献荷载，表示结构影响项，表示锚杆材料修正项。

18、本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法。

19、本发明还提出一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述处理器被配置用于调用所述计算机可读指令，执行上述的锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法。

20、本发明还提出一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述的锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法的步骤。

21、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

22、本发明根据工程设计对象的结构控制参数和锚杆材料控制参数，确定结构控制参数对节理面抗剪贡献荷载的结构影响项，以及锚杆材料控制参数对节理面抗剪贡献荷载的材料修正项，并根据结构影响项和材料修正项计算节理面抗剪贡献荷载。本发明不仅保留了结构影响项，还引入材料修正项，兼顾结构条件和材料性能，计算结果误差小，具有较好的工程解释性；在材料修正项中引入锚杆最大剪切载荷，能够表征锚杆抵抗节理面横向错动和局部剪切破坏的能力，克服传统方法仅以最大拉力或极限抗拉强度表征锚杆材料性能的不足；在材料修正项中还引入锚杆延伸率，能够表征锚杆在拉—剪—弯复合作用下的塑性变形能力和断裂延迟能力，更合理地反映高延性锚杆对节理面抗剪贡献的增强作用。

1.一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，所述结构控制参数至少包括岩体单轴抗压强度、节理面摩擦角、节理面剪胀角以及锚杆轴线与节理面之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，所述锚杆材料控制参数至少包括锚杆最大拉力、锚杆最大剪切载荷和锚杆延伸率。

4.根据权利要求2所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，所述结构影响项按如下公式计算：

5.根据权利要求3所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，所述材料修正项包括延性修正因子和剪切承载修正因子，所述延性修正因子用于表征锚杆延伸率对锚杆塑性变形能力和断裂延迟能力的影响，所述剪切承载修正因子用于表征锚杆横向抗剪能力对锚杆局部剪切破坏时机的影响。

6.根据权利要求5所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，所述材料修正项按如下公式计算：

7.根据权利要求1所述的一种锚杆对节理面抗剪贡献荷载的计算方法，其特征在于，锚杆对节理面的抗剪贡献荷载按如下公式计算：

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~7任一项所述的方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述处理器被配置用于调用所述计算机可读指令，执行如权利要求1~7任一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1~7任一项所述的方法。