UDEC Rockbolt结构元(block structure rockbolt)

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1 引言

有位同学正在学习使用UDEC模拟锚杆支护，问到了模拟过程中的一些问题，因此借这个机会对UDEC的Rockbolt结构元作一简要回顾, 讨论使用UDEC模拟锚杆支护操作中的一些注意事项。岩石锚杆(Rockbolts)是岩石工程特别是地下采矿工程和隧道工程最常用的支护手段，自从20世纪50年代开始使用以来，在支护理论和安装设备上进行了大量的研究和实践。岩石锚杆用来加固不太破碎的岩体结构, 必要时与钢丝网和喷射混凝土联合使用，岩石锚杆不仅沿岩石锚杆的长度方向提供了抗剪强度, 而且提供了包括弯曲阻力在内的法向阻力。

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2 UDEC中的Rockbolt

UDEC的结构元共有6个，分别是beam, cable, liner, reinforce, rockbolt和support。3DEC的结构元也是6个，分别为beam, cable, pile, shell, geogrid和liner。与FLAC相比，UDEC没有pile, strip和shell结构元。其中RockBolt是一个二维的带有三个自由度的单元(两个位移和一个旋转)，模拟抗弯行为，包括轴向屈服和用户定义的拉伸破坏应变极限来模拟锚杆断裂。cable与rockbolt的区别在于rockbolt能够直接抵抗剪切位移。UDEC 6.0使用struct rockbolt命令，UDEC 7.0 改变为block structure rockbolt 命令。使用这个命令可以创建，配置和修改RockBolt的物理力学性质。block structure rockbolt命令带的关键字有：change，create，delete，fix-tension，free-tension，group，list，node，property，其中最重要的两个关键字是create和property, create用来定义RockBolt的位置，而property用来定义RockBolt的物理力学属性。

定义一个RockBolt的位置使用如下命令：

block structure rockbolt create ...begin 2.5 5.0 end 2.5 2.5 segment 5 material 1

RockBolt的property带有很多关键字(block struct rockbolt property)，最主要的关键字包括:

(1) material i---为材料i分配材料属性

(2) area f---设定横截面积

(3) coupling-cohesion-normal f---设置岩石耦合弹簧在法线方向上的粘结力

(4) coupling-cohesion-shear f---设置岩石耦合弹簧在剪切方向上的粘结力

(5) coupling-friction-normal f---设置岩石耦合弹簧在法线方向上的摩擦值

(6) coupling-friction-shear f---设置岩石耦合弹簧在剪切方向上的摩擦值

(7) coupling-stiffness-normal f---设置岩石联接弹簧在法线方向上的刚度

(8) coupling-stiffness-shear f---设置岩石联接弹簧在剪切方向上的刚度

(9) density f---设置岩石锚杆的密度

(10) moi f---设置岩石锚杆的惯性矩

(11) perimeter f---设置插入锚杆孔的周长

(11) plastic-moment f---设置塑性惯量

(12) radius f---设置锚杆半径

(13) spacing f---设置锚杆平面外的间距

(14) tension-failure-strain f---设置轴向断裂应变极限

(15) thermal-expansion f---设置热膨胀系数

(16) yield-compression f---设置锚杆的压缩屈服力

(17) yield-tension f---设置锚杆的拉伸屈服力

(18) young f---设置锚杆的弹性模量

3 Rockbolt支护梁

下面这个例子使用了UDEC的RockBolt结构元加固一个梁，显示了一个轻度加固的简支梁在重力载荷下的行为。梁的长度12m,分割成等间距的12个块体(block cut joint-set angle 90 spacing 1 origin 0 0)，在没有加固的情况下，由于受到重力作用，这个梁会沿着节理面产生分离，如下图所示。