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。     

基于颗粒离散元法的锚固节理剪切行为宏细观研究

为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结果表明:1压剪作用下锚固节理块体中处于拉伸状态的锚杆对节理面施加了一个附加的法向应力,从而提高了节理面的黏聚力;随着法向应力的增加,锚杆对节理面峰值剪切强度的贡献越来越小,在宏观上揭示了加锚节理岩体的锚固机理。2压剪荷载和边界位移约束共同作用下,锚固节理试件内部颗粒间接触力和颗粒自身位置不断演化并重新分布,在锚杆周围以及节理面凸起处产生较高的接触压力并在锚杆与节理面交叉处发生较大的颗粒旋转弧度,进而导致压致拉裂纹的产生以及颗粒旋转导致的剪切裂纹的萌生,从细观层面揭示了锚固节理岩体的破坏特点。     

锚杆预紧力对节理岩体抗剪性能影响的试验研究

利用配置的混凝土块体模拟围岩,采用节理直剪的方式,研究了40,80 kN两种预紧力下锚杆对节理岩体抗剪性能的影响。研究结果表明：随着预紧力的提高,锚固节理岩体的初期剪切刚度提高,对于抑制围岩的初期变形,提升锚杆支护效能有重要作用;随着预紧力提高,锚固节理岩体的变形呈阶段性特征,表现为急增阻、缓增阻和降阻3个阶段;井下试验结果表明,提高预紧力,锚杆的工作阻力得到提升,高预紧力全长锚固锚杆支护系统对于节理裂隙围岩的加固效果良好。     

含弱面岩石滑移破坏及锚固控制试验研究

为揭示矿山巷道破裂围岩锚固支护作用机理,对含不同角度(30°,45°,60°)弱面的节理岩石试件进行了单轴压缩试验,分析了加锚前后节理岩石破坏形态和强度特征,并采用数字散斑相关方法,研究了加载全过程变形场演化规律及锚固控制机制。研究结果表明:1)节理岩石失稳以弱面滑移为主,加锚后由连续滑动转变为间断式错动,其基体易产生压剪破坏;2)加锚提高了节理岩石峰值强度、弹性模量及极限应变量,且随弱面倾角增大(30°~60°),峰值强度呈下降趋势,而弹性模量呈上升趋势;3)根据节理岩石变形演化的弱面端部破裂、滑移面扩展、滑移变形3个阶段,锚杆支护机制可对应表现为变形协同作用、增韧抑裂作用和阻滑作用。     

锚杆锚固段极限抗剪强度参数试验

锚杆支护是地下工程稳定围岩的有效支护手段之一,围岩与锚固体界面之间的极限抗剪强度参数确定对锚杆支护设计有重要的工程应用价值.为了在锚杆设计中能方便准确的确定锚固层的抗剪强度,基于弹塑性理论,建立了锚杆在拉拔力作用下的理论模型,推导了锚杆作用过程的荷载传递函数,得出了锚固层界面的极限抗剪强度参数与锚杆拉拔试验曲线之间的理论关系式,确定了煤矿巷道锚杆支护树脂锚固剂与煤岩体之间的剪切强度参数.结果表明:利用锚杆拉拔试验曲线,可以很方便求得锚固层黏结强度以及锚固层界面剪切刚度系数,为锚杆支护设计提供参考依据.     

双节理贯通岩石锚固机理试验研究

锚杆支护在矿山采动巷道裂隙围岩中应用范围不断扩大,揭示节理岩石锚固控制机理有利于提出科学合理的参数设计。采用声发射和数字散斑相关方法对45°倾角双节理岩石单轴压缩试验过程中的声发射数和变形场进行监测,建立了应力-应变曲线与声发射信号的对应关系,研究了曲线的变化特征以及声发射信号的分布规律,并分析了锚固作用对双节理岩石强度及变形特性影响。基于不同加载阶段双节理岩石表面散斑位移场分布特征和演化过程,总结了锚杆对节理岩石变形破坏模式和形态的影响规律。通过分析双节理岩石在不同阶段的变形演化特征与声发射数据活跃点位置及数据的对应关系,对试件破坏过程进行了划分。结合锚杆的变形形态,建立了压剪状态下锚固节理岩石力学模型,对其在不同加载阶段下进行受力分析,分析了双节理岩石破坏模式以及锚杆抗压剪、抑滑移锚固作用机理。结果表明:(1)锚固双节理岩石可以承受较大的轴向变形而不发生失稳破坏,其起裂强度、弹性模量、峰值应变比无锚试件分别提高了30.7%,45.0%,109.9%,而泊松比仅为无锚试件的50%;(2)锚固双节理岩石的破坏模式主要为断裂失稳,断裂失稳过程分为节理填充物滑动、节理面错动致裂、底部岩石起...     

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。     

单轴压缩条件下锚固节理岩体变形特征试验研究

基于相似定律研制了新城金矿真实岩石和锚杆的相似材料,开展了单轴压缩条件下锚固节理岩体破坏过程的相似模拟试验,采用数字图像相关技术(DIC)和分布式光纤监测技术分别对锚固基体和锚杆的变形过程进行监测,重点研究了锚杆安装对节理岩体变形特征的影响。研究结果表明：锚杆控制了节理岩体的剪胀和沿节理面的剪切滑移,进而控制了围岩沿锚杆轴向的变形,与锚杆安装位置越接近,锚杆控制围岩变形的能力越强;锚杆提高了节理岩体的抗剪切能力,从而对节理岩体沿锚杆法向的变形起到约束作用;节理的存在导致锚固节理岩体中存在弱应力区和弱锚固界面,使得锚杆与围岩间的载荷传递受限,最终影响锚固效应的发挥。     

节理岩体内砂浆锚杆锚固力演化特征试验研究

为了研究节理岩体内砂浆锚杆锚固力的演化特征,在锚固体内预制了不同尺寸和位置的节理,通过室内拉拔试验,考察了节理开度和节理-表面距离对锚固系统锚固力的影响。研究结果表明:节理-表面距离对锚固系统破坏形态基本没有影响,而随着节理开度的增大,锚固系统破坏形式由锚杆屈服拉断破坏逐渐演化为锚杆、砂浆和锚固体接触面剪切破坏,其中有66.67%表现为锚杆-砂浆接触面破坏,仅有33.33%表现为砂浆-锚固体接触面破坏;节理开度对锚杆锚固段应力分布和系统承载能力影响显著,随节理开度的增大,锚固系统承载力逐渐减小,而节理-表面距离越大,锚固系统承载能力越强;完整锚固体锚杆锚固段轴向应力随深度的增大逐渐减小,在节理附近,含节理锚固体锚杆轴向应力基本保持不变,深度大于节理-表面距离时,锚杆轴向应力大于同位置完整锚固体锚杆轴向应力。     

预应力全长锚固锚杆抗剪作用分析

通过有限差分软件FLAC3D模拟计算了预应力全长锚固锚杆抗剪作用,着重探讨了围岩强度、锚杆以及预紧力对节理面抗剪性能的影响。模拟结果得出:节理的抗剪性能受到围岩强度的显著影响;加锚节理的抗剪性能由于锚杆与围岩组成的系统抗剪刚度提高,使得节理的抗剪强度提高;预紧力的施加一方面提高了支护系统的刚度,另一方面使得锚杆轴向力相对于节理面法向分量增加,提高了节理的抗剪性能。     

基于3D打印和数字散斑技术的节理岩体锚固效应分析

为研究锚杆对节理岩体的锚固力学效应,基于3D打印技术制作了以矿用锚杆为原型的缩尺锚杆和含预制节理面的制样模具,进而制备了2组不同角度的节理锚固试样,并采用数字散斑(DIC)方法监测了试样在单轴压缩试验过程中表面位移及应变场的变化,对比分析了不同节理角度锚固岩体的变形与强度特性和锚固力学效应.试验结果表明:节理角度对岩体...     

加锚异性结构面剪切破坏及声发射特征研究

自然界中广泛存在着两侧岩性不同的结构面,工程中常用锚杆抑制结构面的滑动。为了研究加锚异性结构面的直剪特性,开展了室内直剪试验,结合声发射监测结果,探讨了加锚异性结构面的抗剪强度、破坏类型及裂隙演化规律。研究结果表明:随着加锚异性结构面弱侧壁岩强度增加,抗剪强度呈非线性增加趋势,结构面加锚时的抗剪强度相比未加锚时依次提高了200%、267%、303%,破坏类型依次为剪切、拉剪、劈裂,且主裂纹方向与剪切方向基本一致;加锚异性结构面剪切—位移曲线分为压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,压密阶段锚固剂出现挤压破坏,弹性阶段岩体与锚杆挤压处出现裂隙,屈服阶段锚杆承担主要抗剪力且发生了变形,破坏阶段岩样被剪碎;当结构面弱侧壁岩强度较低时,声发射事件集中在弹性阶段,当其壁岩强度较高时,声发射事件集中在屈服阶段;随着结构面弱侧壁岩强度增加,当λ<1时岩样产生大尺度剪切裂隙,当λ≥1时岩样产生小尺度剪切裂隙。     

充填节理巷道支护技术研究

针对充填节理岩层抗剪强度低,易发生滑移剪切和弯曲下沉的问题,而采用锚杆支护可为充填节理提供法向应力以提高其抗剪强度和粘聚力,因此提出以锚杆支护为主,锚索和锚网支护为辅的支护形式来控制充填节理巷道围岩变形的方案。矿压观测表明,该支护方案可保证巷道围岩稳定性。     

深部巷道围岩锚固结构失稳破坏全过程试验研究

为了探索深部巷道围岩锚固结构从开始承载至整体失稳全过程,揭示围岩内部应力及变形破裂演化规律,以口孜东矿-967 m水平西翼轨道大巷为工程背景,依托自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,结合声发射、电磁辐射、电阻率、数字散斑等多源地球物理信息监测技术,对无支护、锚杆支护及锚杆索支护巷道围岩锚固结构承载特性及变形破裂演化特征进行大尺度物理模型试验研究。试验获得了不同支护锚固结构变形破裂全过程荷载-位移曲线,随着支护强度的增加,荷载-位移曲线应力跌落现象逐渐减弱,而锚固结构峰值承载能力、等效弹性模量和峰值位移分别增加了82. 57%,33. 33%和107. 24%,巷道围岩越容易形成"压力拱"结构效应,抵抗变形的能力逐渐增强;试验过程中,顶板围岩变形量最大,两帮次之,底板最小,锚固结构破坏特征随支护强度的增加由张拉裂纹为主的脆性破坏向剪切滑移为主的塑性破坏转化;多源地球物理信息响应特征与荷载-位移曲线具有良好的耦合关系,随着支护强度的增加,锚固结构内部单位时间破坏次数逐渐减少,电磁辐射强度及脉冲数均逐渐减弱;声发射事件与锚固结构裂纹萌生扩展呈现较好的对应特征,在模型进入非稳定破坏阶段,随着裂纹迅速扩展,声发射活动异常活跃;随着荷载的增加,锚固结构由于裂纹发育趋于松散破裂,视电阻率逐渐升高导致区域导电能力逐渐降低,随着支护强度的增加,锚固结构的高阻区形成时间变大而范围变小。     

加锚节理岩体锚杆横向抗剪导轨作用规律研究

采用数值模拟计算与物理模型相似试验，并与正交设计相结合，分析了锚杆“导轨作用”效应受各影响因素的影响程度以及影响趋势规律。结果表明：对锚杆轴力影响最大的是岩性，随着节理错动，锚杆直径和节理性质的影响增大；直径和锚固角是分离量的主要影响因素，剪切位移最大时，岩性成为最大影响因素，交角与分离量呈负增长，其他因素均为正相关；对岩体剪切强度影响最大的因素是岩性，节理性质次之，除锚固角外，其他因素均与剪切力呈正增长。在影响规律基础上，分析了各因素对锚杆导轨效应影响的内在机理，并通过室内试验做了进一步验证。研究成果对煤炭开采等工程载荷下裂隙岩体稳定性的锚杆加固控制以及保证工程安全具有积极意义。     

不同锚固参数岩体破裂变形特征研究

为探究在不同锚固参数条件下锚杆对深部巷道围岩拉剪复合破裂的控制作用,通过对准平面应变条件下不同锚固参数锚固体试件展开单侧临空加载试验,对比分析了不同锚固间距与锚固角度条件下锚固体拉剪破裂演化及变形特征。研究表明,水平锚固与倾斜锚固2种锚固方式均可有效提升试件的抗变形能力,对试件的变形破坏有明显抑制作用;水平锚固可以有效抑制试件张拉破裂,并在一定范围内随锚杆间距的减小抑制作用逐渐提升;倾斜锚固对试件剪切破裂抑制作用更加明显,且在倾斜锚固过程中存在最优锚固角度。此次试验为进一步展开研究提供了理论参考。     

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性,建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型,推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程,采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法,并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上,分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征,探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律,可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性;②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大,但其锚固长度存在临界值;超过临界值后,锚杆锚固力基本不变;③随着界面剪切强度和刚度的增加,锚杆锚固力逐渐增大,中性点位置移向临空面一侧,界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集;④围岩位移释放系数越小,锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中,宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小,合理确定锚杆支护时机和长度。     

煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析

为得到不同锚固长度煤岩锚固系统失效模式与力学性能,结合煤巷树脂黏结锚杆锚固特点,在配比出中等硬度煤岩体相似材料基础上,按照工程现场操作流程制作不同锚固长度、树脂黏结中硬煤岩锚固体,开展了室内拉拔试验。研究结果表明:锚杆载荷-位移曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、脱黏延伸阶段和完全脱黏阶段。拉拔荷载作用下,中硬煤岩锚固体失效模式主要为煤岩体与锚固剂界面间的滑移脱黏失效。随着锚固长度增加,锚杆最大抗拔力不断增加,塑性变形阶段锚杆最大抗拔力是弹性极限抗拔力的1.21~1.34倍;弹性变形阶段,锚杆轴力自锚固起始端迅速下降直至锚固尾端很小。通过张拉试验测得锚固剂与煤岩体界面剪切刚度大致为259.8~272.5 MPa/m,抗剪强度大致为1.22~1.57 MPa,为锚固系统失效模式判识和支护设计提供指导。     

夹矸煤层巷道锚杆支护角锚杆倾斜角度的确定及稳定性研究

针对国内某大型矿井工作面顺槽的现场条件,以整体锚固理论为指导,采用理论分析与数值计算相结合方法,研究不同锚杆支护方案下巷道的应力场变化情况.研究结果表明:采用整体锚固能够使巷道围岩形成一个整体锚固带,即锚固应力压缩带,角锚杆不同的倾斜角度会产生不同的整体锚固效果;煤层巷道顶板、两帮及底板由于层状分布而整体性差,在利用锚杆支护时,应采用整体锚固支护技术,以使其形成整体的锚固结构;顶板和两帮的角锚杆随着倾斜角度的增大,巷道锚固体间的缝隙逐渐变小,直至完全成为一个整体;当顶角锚杆、底角锚杆倾斜角度达到一定值时,最大主应力场在巷道周围形成了一个完整的压缩带,即整体锚固,此事如果角度继续增大,锚固效果将逐渐降低.     

巷道锚杆支护特性分析与应用

巷道锚杆支护时,围岩的切向应力和径向应力处于锚杆锚固段位置时,存在一个跳跃。当锚杆长度一定时,锚杆支护强度对围岩塑性区半径和对巷道位移的影响会随着锚杆工作阻力值的提高而逐渐减弱。当锚杆工作阻力强度一定时,锚杆支护巷道围岩应变软化半径、巷道周边位移、破碎区半径都随着锚固区半径增加,在开始阶段明显减少,呈现双曲线函数关系,而当达到一定阶段后,其变化逐渐减缓,呈近乎水平线变化。采用高强力、高预应力锚固支护,在必要时配合注浆加固,能够有效控制巷道围岩的变形,以取得较好的支护效果。本文对简单分析巷道锚杆支护的特性,对巷道锚杆支护应用进行探讨。