砂浆锚杆腐蚀介扩散模型及拉拔数值试验研究.pdfVIP

II The Diffusion Model of Corrosion Medium in The Mortar Anchor and Numerical Drawing Test A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Duan Guangtao Supervised by Professor Wang Guilin Specialty: Civil Engineering College of Civil Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2014 IV 摘 要 摘 要 锚杆锚固系统作为当今岩土支护体系的主要组成部分，在社会各方面发展中 发挥着重要作用，所以其服役性能的好坏将关系到社会的安定和人民群众财产生 命的安全。砂浆锚固体系工作服役的地下环境是非常复杂多变的，多种因素的交 替作用会导致锚固体系耐久性的消退。尤其是近几年经济的飞速发展，人们越来 越多地向地下寻求空间，且地下环境受到污染的程度亦更加严重，因此砂浆锚杆 的耐久性问题越来越多地受到人们重视。目前对地面建筑结构的耐久性研究已经 取得丰硕成果，而地面结构在受力状态和工作环境，与地下锚固系统均存在较大 的差别。于是前人的研究成果不能直接适用于岩土锚固结构工程，进而开展该领 域的专项研究就显得非常有必要。 为此，本文在作者曾经参与重庆大学徐洪博士研究生、周金飞硕士研究生和 韩振华硕士研究生所做的物理实验研究的基础上，整理、总结研究成果，采用理 论分析、有限元数值模拟的手段主要进行了以下的研究工作，并取得了一定的研 究成果： ①利用有限元软件进行腐蚀介质扩散模型研究，验证了经典Fick 第二定律适 用性，并将有限元软件引入到了腐蚀介质在砂浆锚固体内部扩散的研究，验证了 其合理性。 ②根据有限元引入的合理性，采用有限元的温度模块研究了地下环境中腐蚀 介质在砂浆锚固体内部非对称扩散结果，总结归纳了其在不同路径上的扩散规律。 ③提出了腐蚀介质扩散修正模型。主要是根据本文作者参与的物理实验研究 成果，在经典Fick 第二定律的基础上修正了腐蚀介质的扩散系数和初始浓度值， 并提出了腐蚀介质随腐蚀时间的不同和扩散深度的不同的浓度分布模型。 ④整理、总结物理试验研究成果，用有限元分析的手段验证了砂浆锚固体在 没有受到腐蚀介质作用下的物理拉拔试验。并为弥补物理试验的不足，研究了尺 寸效应、逐级加载及不同锚固长度对界面粘结力的影响。 ⑤整理、总结物理试验研究成果，通过优化—反分析方法得出了有限元模型 FKN MU 接触面参数法向刚度因子 和界面摩擦系数 ，并进行了正分析计算，研究 了砂浆锚固体在受外荷载作用下的同时，也受到地下环境腐蚀溶液侵蚀的力学性 能变化，以此实现了腐蚀场和应力场的耦合。并拟合了接触面参数与腐蚀时间之 间的关系公式，以此为基础，为弥补物理试验的不足，研究了受腐蚀后的砂浆锚 固体界面力学性能与腐蚀时间的关系。 关键词：砂浆锚固体，扩散模型，数值模拟，耦合，优化—反分析 I 重庆大学硕士学位论文 II 英文摘要