[发明专利]基于锚索预应力损失与岩土体蠕变耦合的边坡蠕变量计算方法

摘要

本发明公开了基于锚索预应力损失与岩土体蠕变耦合的边坡蠕变量计算方法，选择土体材料和性质应比较均匀，稳定性较差的边坡；确定边坡岩土体物理力学参数；确定岩土体的含水量W，容重r，单轴抗压强度Rc，抗拉强度Rt，变形模量Eo，粘聚力C和内摩擦角确定岩土体蠕变曲线方程；确定岩土体的瞬时弹性模量E_h，滞后弹性模量E_k，粘滞系数η_k；将各参数带入耦合效应计算模型的松弛方程，算出锚索应力变化与时间的关系式；根据锚索应力变化与时间的关系式计算出各个时间点的锚索应力值，再根据各个时间点应力计算值得出锚索预应力损失量。本发明能够正确反映预应力锚索受力状态变化情况。

主权项

基于锚索预应力损失与岩土体蠕变耦合的边坡蠕变量计算方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：选择土体材料和性质应比较均匀，稳定性较差的边坡；步骤2：确定边坡岩土体物理力学参数；确定岩土体的含水量W，容重r，单轴抗压强度Rc，抗拉强度Rt，变形模量Eo，粘聚力C和内摩擦角步骤3：确定岩土体蠕变曲线方程；步骤4：确定岩土体的瞬时弹性模量E_h，滞后弹性模量E_k，粘滞系数η_k；步骤5：将步骤2、步骤3、步骤4得到的参数带入耦合效应计算模型的松弛方程算出锚索应力变化与时间的关系式，所述步骤5中耦合效应计算模型的松弛方程的推导过程为：首先建立耦合效应计算模型：其中E_s为锚索的等效弹性模量，考虑到锚索的初始应变ε，E_h为瞬时弹性模量；E_k为滞后弹性模量，η_k为黏滞系数，σ为应力，对于均质岩土体，锚索体自由段长度内的锚索体预应力均匀分布在均质岩体上，那么锚索体的弹性模量可以等效转化为：E_s＝E₁A_s/A_r其中，E₁为锚索体实际的弹性模量；A_s为锚索体的面积；A_r为锚索有效锚固范围内岩体的面积，同时考虑到锚索体和岩土体的耦合关系，则有σ＝σ_S+σ_k，ε＝ε_S＝ε_k，可得：σ_k＝σ‑σ_S＝σ‑ε_SE_S＝σ‑εE_S其中，其中，σ_S为锚索体的应力，σ_k为岩土体的应力，ε_S为锚索体的应变，ε_k岩土体的应变，把上面这个公式代入耦合效应计算模型，得到锚索与岩土体质蠕变耦合效应模型的本构方程：$\mathrm{\σ}+\frac{{\mathrm{\η}}_k}{E_k+E_h}\stackrel{\·}{\mathrm{\σ}}=\frac{E_h{E}_k+E_h{E}_S+E_S{E}_k}{E_k+E_h}\mathrm{\ϵ}+\frac{E_h+E_S}{E_k+E_h}{\mathrm{\η}}_k\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}$当σ＝σ_c＝const，本构方程可化为：$\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}+M\mathrm{\ϵ}={\mathrm{N\σ}}_c$式中：考虑初始条件：当锚索体初始不变的荷载加在被锚固体系统上的瞬间，岩土体发生弹性变形，其应变为ε₀，即t＝0时，求解微分方程，可得锚索预应力损失与岩土体材料蠕变耦合效应计算模型的松弛方程公式：$\mathrm{\ϵ}=-A\exp (-Mt)+\frac{N}{M}{\mathrm{\σ}}_c$式中：步骤6：根据锚索应力变化与时间的关系式，可以计算出各个时间点的边坡蠕变量。