水压力下随机裂隙岩体的峰值及峰后行为和多锚杆载荷分担

《Scientific Reports》：Peak and post-peak behaviour and multi-bolt load sharing in randomly fractured rock under water pressure

　　

摘要

裂隙水压会降低连通裂隙上的有效法向应力，从而削弱带锚杆支护的裂隙岩体的承载能力。裂隙张开、滑移和贯通过程还会改变裂隙网络的水力连通性以及受水压作用的裂隙网络范围。本研究利用经实验标定的连续-非连续元方法建立了二维随机裂隙岩体模型。在选取适当的计算域尺寸后，针对不同的锚杆数量和水压条件，研究了峰前及峰后承载能力、受水压作用裂隙的分布以及多根锚杆之间的荷载分配情况。在未施加水压的情况下，锚杆数量从0增加到10根时，峰值强度从5.43 MPa提高到6.93 MPa，轴向应变为80×10?3时的指定峰后强度从1.71 MPa提高到4.66 MPa。在0.13 MPa水压条件下，10根锚杆模型对应的强度分别降低至5.93 MPa和3.33 MPa，降幅分别为14.4%和28.5%。在6根锚杆模型中，随着荷载加载进程推进，受水压影响的裂隙像素比例从5.2%增加到39.4%。水压还使达到251 kN轴力参考值的锚杆数量增加，而剪力集中区域大体上与相邻裂隙的明显滑移位置相吻合。结果表明，水力连通裂隙在峰后阶段的扩展与峰后承载力降低以及锚杆之间荷载分配不均匀程度加大密切相关。这些发现为富水裂隙岩体中峰后承载力的评价和锚杆支护参数的选取提供了依据。