巷道鋼纖維噴射混凝土開裂時的突變理論分析

1、第4期！“保$%刷用42015年8月CONSERVATIONUTILIZATIONOFMINERALRESOURCESAug.2015巷道鋼纖維噴射混凝土開裂時的突變理論分析者亞雷，侯克鵬，陳沖者亞雷，侯克鵬，陳沖(昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南昆明650093)摘要:在傳統(tǒng)混凝土中摻人鋼纖維是使其改性的一個重要手段。充分考慮了當鋼纖維噴射混凝土開裂時仍然具有強度、受載時橫跨裂縫的纖維仍然能夠吸收大量能量的優(yōu)越特性，建立了巷道鋼纖維

2、噴射混凝土單層襯砌開裂時拱頂復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，分析了拱頂復(fù)合結(jié)構(gòu)在水平力和垂直力聯(lián)合作用下每個部分的勢能函數(shù)。再利用總勢能原理，建立了裂縫發(fā)展的尖點突變模型，分析了由于水平力和垂直力的變化而導(dǎo)致復(fù)合結(jié)構(gòu)體狀態(tài)突變的過程，導(dǎo)出了失穩(wěn)的力學(xué)判據(jù)條件。關(guān)鍵詞$鋼纖維噴射混凝土巷道支護突變理論失穩(wěn)中圖分類號:TD353.3文獻標識碼：B文章編號$10010076(2015)04002105D0I：10.13779ki.issn10010076

3、.2015.04.005CatastropheTheyAnalysisofCrackingofTunnelSteelFiberShotcreteZHEYalei，HOUKepeng，CHENChong(FacultyofLResourceEngineering，KunmingUniversityofScienceTechnology，Kunming650093China)Abstract：MixingsteelfilDerintotra

4、ditionalconcreteisanimptantmeansofmodifying.Steelfibershotcretehaveexcellentpropertiesthatwhencrackeditstillhavestrength，whenfiberacrossthecrackitisstillabletoabsblargeofenergyinloadingpress.Amechanicalmodeloftunnelvault

5、compositestructureinmonolayerliningcrackingofsteelfibershotcretewasestablished.Analysiswasmadeonpotentialenergyfunctionofeachpartoftunnelvaultcompositestructuremassexertedbyhizontalverticalfces.Acuspcatastrophemodelfinst

6、abilitywasestablishmentbasedontotalpotentialenergyprinciple.Thispaperalsoanalyzedmutationprocessofcompositestructureduetovariationofhizontalverticalfces，derivedmechanicalcriterionsofinstability.Keywords:steelfiberreinfce

7、dconcrete云南省教育廳科學(xué)研究基金重點項目（2014Z031)作者簡介:者亞雷（1989)，男，云南昆明人，在讀碩士研究生，從事巖石力學(xué)研究。第3期者亞雷，等:巷道鋼纖維噴射混凝土開裂時的突變理論分析?23?未開裂部分的應(yīng)變能J13—鋼纖維噴射混凝土裂縫部分的應(yīng)變能。設(shè)中性面與噴射混凝土交界層面的)$，假設(shè)復(fù)合結(jié)構(gòu)體的變形服從平截面假設(shè)，則應(yīng)變分布仍服從％=f，其中K為中性線的曲率半徑，3為截面上的點距中性線的距離。在上部巖體內(nèi)

8、，！1E1%在下層鋼纖維噴射混凝土未開裂部分，！2E%下層開裂部分9(:大驗證明，鋼纖維噴射混凝土的破壞并非是纖維的或，而是維從基體中拔出壞，因此，鋼維與混凝土基體的界面黏，鋼纖維應(yīng)遞沿維縱軸方向，開區(qū)域應(yīng)關(guān)系如圖2。拔F引起鋼纖維與混凝土基體生相對SC，界面粘及鋼纖維拔出阻混凝土基體。則區(qū)域的應(yīng)力為，！3二23Tn，T一拔出阻力與被拔出混凝土基體的鋼纖維長度之比，受鋼維摻量、品種，并且鋼維拔出的度為度的1210(—有效鋼纖維的折減；n

9、—為鋼纖維面密度；設(shè)%2%3$辦為等價組合慣性矩。各層的應(yīng)力分布1%2$則復(fù)合結(jié)構(gòu)的變形能為:V1=vnV12V1(M!%1a)21廣2$m)22Dh2a2267(M~)y2dydx吾(f)33E1&6(11)2JM!x)dx0(4).EI由M(x)kf(5)則可得&(x)dx&r&rA(x)3J066其中，A為復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率11]$KE是有^1Ef(nf)EdS[1(f)2r士甲0(dS)2[1(f)2rds皆(dS)2[1(f)2r

10、(6)(7)(&)~TVn&，則！3二丁sXR。FF11T(x)|^T(X)圖2裂縫區(qū)域應(yīng)力圖裂縫區(qū)域應(yīng)力圖截面上的合力矩M為：ME1[rj[h2aj廣%3$」]~r[1dd&adr(h1a)ah“aE.l二丄（3)R(3)aErha其中$e&2d2d(h1a1Ja由于水平力！的作用，在水平方向的變形為:(二則水平力！所做的功為：Je!0[1槡(贊(10)垂直力！所做的功為：J3E(11)根守恒原理，拱頂復(fù)合結(jié)構(gòu)的勢能函數(shù)可近似表示為$