锚杆锚固机理的弹性分层法研究

应用弹性分层法，对灌浆锚杆的锚固机理进行了理论研究，同时考虑了接触面缝隙对应力和变形的影响，在此基础上建立了锚固力与锚固长度及上覆岩层高度之间的力学模型，为研究锚杆锚固机理，对提高锚固力，保证岩体的稳定性，指导设计施工提供了理论依据。     

地下洞室锚固结构的力学特性与锚固机理研究

将岩体、金属锚杆、砂浆胶结材料看作一种锚固岩体复合增强材料,通过能量等效的原理,建立岩体复合增强材料的层状模型,定量分析和研究锚固岩体的等效力学性质。在此基础上,针对地下洞室的扇形锚固结构,认为随着锚固深度的增加,锚杆的间距也随之增加,因此地下洞室锚固岩体的等效力学性质将随着锚杆间距的变化而变化,通过上述方法可以建立起地下洞室锚固岩体的等效力学参数与锚固深度之间的函数变化关系,并利用有限元方法计算了地下洞室锚固结构的等效性质,验证了理论分析的结果。上述问题的解决将对地下洞室的扇形锚固支护中的锚固机理有更清楚的认识。     

锚杆加固围岩的作用机理研究

锚杆锚固机理目前提出的观点很多,有悬吊作用、组合梁(拱)作用、加固(提高C,U值)作用等.这几种观点都是以围岩状态和利用锚杆杆体受拉为前提来解释锚杆支护的作用机理.通过对这几种理论的对比分析,说明以锚杆为主体来解释其作用机制存在的弊端,并指出了从岩体锚固系统出发,以岩体结构为研究中心,是岩体锚固作用机理的研究方向.     

不同锚杆参数对锚固系统稳定性影响研究

为了研究不同锚杆参数对锚固系统稳定性的影响，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，理论分析了围岩协同锚固系统力学模型和锚杆锚固段的“大托盘”效应，数值模拟了不同锚杆长度、锚杆密度和锚杆预紧力下群锚杆最小主应力分布，分析了锚杆围岩形成的挤压带范围，得到了相关参数对锚固系统稳定性的影响。研究为巷道支护提供了理论指导。     

冲击动载下锚固节理岩体剪切破坏模拟研究

为探究冲击动载下不同节理角度对锚固节理岩体剪切破坏的影响规律,基于ABAQUS软件开展了动载冲击下不同节理角度锚固岩体的动态剪切数值模拟研究,系统分析了动载冲击下锚固节理岩体的剪切破坏演化过程及锚杆发生剪切破坏时的切应变、切应力与剪切位移,并依据理论分析提出了最优锚固角方案。研究结果表明：动载冲击过程中,锚杆与岩体在不同冲击时期分别提供了不同程度的锚固系统抗剪力;当锚固岩体节理角度为60°时,锚杆发生剪切破坏所产生的切应变、切应力与剪切位移最大,90°次之,45°最小;通过最佳锚固角估算公式验证了最优锚固角在60°至70°范围内。研究成果对动载巷道节理岩体的加固工程具有一定的指导和借鉴意义。     

预应力锚杆锚固段轴力分布区间影响因素研究

针对不同因素对预应力锚杆锚固段轴力分布区间影响问题,采用理论分析、数值模拟、实验室试验与井下实测相结合的方法进行了研究。理论推导得出了锚固段轴力表达式,并用MATLAB软件数值分析了锚杆直径、锚固长度、预紧力、围岩弹性模量与锚固段轴力分布区间的关系。在实验室进行了不同锚固长度、不同预紧力下锚杆锚固段受力试验,得出了不同锚固长度与不同预紧力对锚固段受力区间的影响程度。在任家庄煤矿井下进行了煤体可锚性试验,实测了煤岩体不同锚固长度下的锚杆拉拔力、不同预紧扭矩下的锚杆预紧力大小。最后,提出增强锚杆锚固性能与锚固力的建议。     

温度对树脂锚杆锚固性能影响研究

为了分析在靠近自燃发火区的巷道进行锚杆支护时,树脂锚杆锚固力降低的现象,采用实验室试验和数值模拟相结合的方法进行了温度对树脂锚杆锚固性能的影响研究。不同温度下树脂锚杆拉拔试验结果表明:温度对树脂锚杆锚固性能影响比较大,温度为25℃时树脂锚杆锚固力最大,随着模拟钻孔温度的升高,树脂锚杆锚固力呈现明显递减规律;运用FLAC3D有限差分程序对单根锚杆支护小范围锚固系统的数值模拟结果表明:岩体应力场与温度场之间存在一定程度上的耦合作用,在相同外载荷作用下,热源温度不同,岩体应力分布状态也不同。在上述研究基础上,指出温度变化对岩体物理力学性质以及树脂锚固剂固化反应过程都会产生一定的影响,并提出了不同温度环境下保证锚杆支护效果的技术途径。     

高应力巷道锚固复合承载体及其承载效应研究

采用锚杆支护的巷道,锚杆和其巷道锚固范围内的浅层破碎围岩共同作用形成的具有一定承载能力的结构称为锚固复合承载体,锚杆支护主要改善了承载体内围岩应力分布状态.采用理论分析对锚固复合承载体进行研究,建立围岩-支护相互作用机制的基础.考虑高应力岩体不可压缩性,采用Levy-Mises增量型本构关系对围岩塑性进行表述,并考虑中间主应力的影响,利用修正Mohr-Coulomb强度准则进行高应力锚固巷道围岩力学分析,给出出现塑性变形时的原岩应力阈值.算例与分析的对比结果表明,基于锚固复合承载体承载效应,利用Levy-Mises本构关系修正的Mohr-Coulomb强度准则更适用于高应力场巷道围岩分析.     

快硬膨胀水泥锚杆锚固机理研究

本文在现场实测和实验试验的基础上，建立了快硬膨胀水泥锚杆锚固力学模型。在此基础上，推导出了快硬膨胀水泥锚杆锚固力计算公式，分析了影响锚固力的因素，并给出了锚杆强度与锚固力的匹配公式以及锚固体的破坏准则。     

锚杆锚固力试验研究现状

详述了国内外锚杆锚固力的试验研究成果,包括:拉拔载荷下锚杆粘锚力的分布规律以及锚杆形状、锚固剂强度和岩体强度对粘锚力的影响;岩体特征、锚固单元特征和加载特征对加锚节理面抗剪性能的影响;锚杆长度、锚杆预紧力、树脂环体厚度及淋水、动载荷等其他因素对锚固效果的影响。讨论了锚杆锚固力试验研究中存在的问题及需进一步研究的方向。     

脆性围岩中锚杆的应力分布及岩石剪涨角的影响

根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程，同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷的传递方程，结合圆形隧洞脆性围岩的径向变形方程，推导了理想弹脆性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型，以及锚固段与围岩体界面之间的摩阻力的计算模型。分析了锚杆应力的分布特征以及影响其应力分布趋势和大小的因素，其中重点对围岩体的剪涨角进行了分析。     

基于锚杆加固作用的圆形巷道围岩弹塑性分析

为研究锚杆支护机理及控制巷道围岩稳定，基于锚杆加固效应，将锚杆的支承作用考虑成作用于锚固区围岩的体积力，将锚杆的加固作用视为增强了锚固区围岩的强度参数|建立巷道计算模型，并进行弹塑性分析，导出了巷道围岩应力、位移解析解。结合算例，将理论计算值与实际监测值进行了对比，比较了锚杆支护与未支护时围岩应力，同时进行了围岩变形的影响参数分析。结果表明：锚杆支护改善了塑性区围岩应力状态，提高了围岩自承载能力|锚杆长度、间排距的参数设计遵循“长而疏、短而密”原则。文中理论解析解考虑了锚杆加固效应，为认识锚杆支护机理提供了理论参考，也能为巷道围岩控制提供合理的锚杆支护方案。     

深部隧硐锚杆支护结构系统中锚杆受力研究

依据柏格斯（Burgers）模型，对深部围岩隧硐进行了应力与位移场的解析分析研究，建立了柏格斯模型下隧硐围岩的位移方程、应力方程；基于载荷传递机理，建立了锚杆受力的微分方程，通过求解锚杆受力的微分方程得到了锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷分布函数。然后对锚杆的轴向受力与摩阻力进行了计算分析，通过结果分析得出：粘弹性围岩中的应力分布与时间无关；隧硐围岩中任一点的位移随时间而增长，同时，随着时间将趋向于一定值；锚杆的受力符合中性点理论。同时，通过分析深部围岩隧硐发生破坏的原因，建立支护结构与围岩共同作用的特性曲线，提出了一种符合NATM核心思想的，能够科学确定支护结构最佳架设或安装施工时间的新思路。     

煤矿巷道树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性研究

目前锚杆(索)支护技术是我国地下煤矿开采中普遍采用的一种主动控制巷道围岩稳定的支护技术。但由于锚杆支护加固对象的复杂性,至今锚杆支护原理还没有一个统一全面的认识,对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆杆体承载特性等问题需要更深入的研究。论文采用理论分析、数值模拟、现场实测、实验室试验和工程实践相结合的综合研究手段,围绕树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性展开研究。论文研究的主要工作如下:(1)总结分析了树脂锚固体4类主要失效类型,着重分析了黏结失效类型中树脂锚固体空洞锚固失效和长时蠕变失效的两种形式。建立了空洞树脂锚固体拉拔状态下的力学模型,推导并求出了空洞树脂锚固体拉拔状态下沿锚固方向上杆体内拉应力分布的理论公式;同时建立了考虑锚固层黏弹特性树脂锚固体拉拔状态下的长时蠕变力学模型,推导并求出了与时间有关的杆体拉应力和锚固层-杆体界面剪应力分布公式,并求解了恒力长时作用下的树脂锚固体杆体外端点位移的近似公式,同时得到了锚固体产生破坏的极限拉拔力。(2)通过实验室力学试验,获得了围岩、锚杆等力学参数。基于ABAQUS数值模拟软件,验证了两种锚固体理论力学模型,研究了两种模型中杆体应力沿锚固方向上的分布规律,揭示了拉拔过程中锚固体内应力和位移的演化过程;着重阐述了长时蠕变模型杆体应力传递的3个阶段,分析了杆体的极限抗拉拔力与时间的关系。同时,分析了锚杆直径、锚固层厚度、钻孔直径、围岩强度等参数对树脂锚固体杆体拉拔状态下的力学特性影响。(3)采用预拉力锚固系统锚固作用综合实验台,研究了不同预拉力下锚杆杆体应力和弯矩的分布特征及其变化速率;通过测力锚杆井下拉拔试验,揭示了预拉力与锚杆杆体外端点位移的相互关系及不同预拉力下锚杆杆体轴力分布及承载特征,同时基于测得的锚杆杆体应力分布曲线,借助第三章研究结果,准确推测了巷道顶板的完整性;初步判定预拉力锚杆实际工作状态下杆体承载受力主要集中在外锚固段中性点附近,对限制巷道围岩变形起主要作用的是中性点附近杆体-锚固层-围岩3者之间的黏结关系,同时杆体内弯矩的存在说明杆体截面处于非均匀受力状。(4)在分析现有煤矿巷道围岩监测手段的不足和光纤光栅传感技术优越性的基础上,初步提出并建立了一套基于现代光纤传感技术的煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统;并采用该系统对煤矿巷道锚杆杆体受力及演化进行了实测,监测结果表明树脂锚杆的杆体应力分布呈非均匀分布且波动变化,杆体内存在大量弯矩。(5)最后基于理论研究结果提出了确保锚杆支护效果的几个基本原则,并应用于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道巷及朱集煤矿1111(1)工作面轨道巷的工程实践,应用结果表明遵循该原则采用的预拉力高强锚杆强化支护技术可以充分调动围岩的自稳能力优化围岩的力学参数,有效控制巷道围岩变形,满足矿井安全生产要求;同时采用煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统成功揭示了1111(1)工作面轨道沿空留巷期间的矿压显现规律,并与传统矿压观测结果进行了对比,两者基本一致,初步显示了该系统的可靠性和应用前景。     

考虑围岩蠕变的锚固时空效应分析及控制技术

针对巷道锚杆锚索联合支护失效形式,基于围岩变形特征建立了能够反映围岩加速蠕变的本构模型以及锚杆工作特性的锚固体本构模型,通过求解出的锚固体蠕变方程分析锚固基础位置对围岩变形的控制作用,结果表明:锚杆支护对围岩的蠕变控制机理可概括为:分担围岩承受的载荷和等效增大围岩刚度,增强围岩抵抗变形能力两部分。充分发挥锚杆支护性能、延长锚杆支护时效、维持巷道处于稳定工作状态所需的空间需要同时满足两个条件:锚杆受载不超过杆体破断载荷,锚固基础位于塑性区之外;端锚形式的锚固基础位于弹性岩体中能够最大程度发挥支护系统的承载能力,端锚锚固形式的着力基础位于稳定的弹性围岩中,围岩变形后锚固基础能迅速发生锚固作用,优于全长锚固形式;可接长锚杆具有延伸率大、可灵活设置锚杆长度的优点,能解决蒲河矿西三采区集中运输大巷锚杆易发生滑脱失效、锚索易发生破断失效的问题。     

井巷锚杆支护稳定性分析

根据巷道围岩应力变化特点,结合锚固体变形破坏的相似材料模拟试验,分析了巷道两帮锚固体的变形破坏特征,指出锚杆支护巷道两帮表面主要发生张性破坏,锚固体内部发生剪切破坏,据此建立起回采巷道锚杆支护两帮稳定的分析模型,提出了两帮稳定的判别准则,即锚固体中锚杆的拉应变必须小于锚杆的允许拉应变,在巷道两帮围岩较松软时,还必须满足巷道周边位移值的要求。     

不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用

为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明：锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。     

锚杆在石门中的应用及失效因素分析

锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。随着巷道围岩状态不同,锚杆支护也具有不同的作用基理。文章介绍了锚杆支护在石门中的应用,并对锚杆支护的失效因素进行了分析。     

全长注浆岩石锚杆与围岩体相互作用下的锚固机理研究

首先根据锚固体与围岩体界面遵循莫尔-库仑屈服准则建立了注浆岩石锚杆的剪应力的分布函数。在此基础上,根据围岩体与注浆岩石锚杆相互作用机理,建立了围岩体中注浆岩石锚杆的实际受力下的剪应力的分布函数和轴向载荷的分布函数。同时,根据中性点的概念,建立了中性点的计算公式。最后,详细分析了影响锚杆实际受力的各种因素对其受力的影响,为分析其锚固机理提供了一定的理论基础。