加锚非贯通节理岩体三维裂纹扩展机理及变形和强度特性试验研究

岩体的失稳破坏大多是由节理、裂隙在工程开挖后的扩展、贯通造成的。工程中常以锚杆加固裂隙岩体，加锚问题是个三维问题，因此，研究普遍存在的非贯通节理岩体在加锚条件下的三维裂纹扩展及变形和强度更具工程实际意义。本项目拟采用以室内试验为主，辅以理论分析和数值模拟的综合分析方法揭示加锚三维裂纹扩展机理，明确其变形和强度特性。采用与岩石相似性好的模拟材料和少量真实岩石材料及锚杆相似材料，考虑多种影响裂纹扩展规律的因素，制成无锚和加锚试件，开展室内模型块体试验，研究加锚三维裂纹扩展规律、探索其破裂机理和强度破坏准则。在上述试验中同时开展部分加卸荷试验，基于试验结果，进行加、卸荷阶段岩体力学参数辨识，建立加锚非贯通节理岩体的能量耗散等效本构关系，并将理论模型嵌入数值软件，对比数值分析结果与现场实测数据，以验证本成果应用的有效性。相关成果将为地下工程围岩稳定性分析提供理论依据和研究手段。

本项目主要针对非贯通节理岩体的裂纹扩展、破坏及锚杆的锚固效应问题，开展了室内试验、理论分析和数值模拟研究。按照研究计划主要开展了以下几个方面的工作：.1、研制了透明度高、脆性好的树脂透明材料，并利用该种材料制作了含内置三维裂隙的试件，攻克了类岩石材料试验过程中的裂纹扩展过程观察及相似性两个技术难题，分别开展了单轴压缩条件下含单个裂隙和多个裂隙试件的室内试验，总结了三维裂隙扩展的规律。.2、利用砂浆材料试件，开展了含表面裂隙试件在不同锚固方式下的单轴压缩试验，考虑了不同的锚固角度和锚固位置，分析了试件的破坏模式及断裂机理。.3、利用改性橡胶粉-水泥砂浆材料试件，开展了含贯穿裂隙的加锚试件在单轴拉伸条件下的声发射特征规律研究。.4、利用大尺寸砂浆材料试件，开展了多节理岩体单轴压缩试验，试验中考虑了锚固角度、裂隙连通率、裂隙间距、裂隙长度等影响，对比无锚杆试件试验结果，分析了加锚非连续节理岩体的破坏模式和过程。.5、利用DDARF分析方法，研究了含多条裂隙岩块在单轴或双轴压缩条件下的破裂规律；考虑了锚杆进入塑性后对锚固效应的影响，开发了基于DDARF方法的全长剪切锚杆模型。