巷道围岩锚固体变形破坏特征的试验研究

为了研究巷道围岩锚固体的破坏特征及裂隙演化规律,模拟组合载荷作用下巷道围岩锚固体的变形破坏失稳过程及锚杆工作阻力的变化.试验结果表明:当侧压系数1≤λ≤1.4时,锚固体则出现垂直于锚杆的水平层理;当1.4＜λ≤1.6时,锚固体出现细小裂纹,锚杆托板陷入岩层,锚杆间出现片状脱落,锚固体下部岩层松动破坏,锚固体稳定,而锚固体外出现和岩层层面呈30°～40°的倾斜裂纹;当λ=2.0时,锚固体内外岩层离层量增加,锚固体下部片落块度和深度增加,托板失去作用,锚固体整体失稳;λ和巷道围岩锚固体裂隙维数D呈正变关系.随着λ的增加,各锚杆工作载荷相差不大,呈波状降低趋势;巷帮锚固体承载能力变化不大,而顶板锚固体承载能力逐渐降低.水平载荷对巷道顶板锚固体的稳定性影响较大,其离层量随λ的增加而加大,内部出现不均匀沉降.     

锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究

锚杆预紧力在巷道支护中发挥着重要作用,但其对锚固体强度强化特征的研究仍存在不少问题;以砂蜡材料、预紧力锚杆和平面应变约束装置制作锚固分离体,在RMT-150C实验机上对其力学特性进行了研究。实验结果表明：锚固体的峰值强度、残余强度的强化系数和岩体强度、锚杆预紧力呈正相关,岩体强度一定时,随着锚杆预紧力的增大,强化系数逐渐增加,锚杆预紧力对锚固体峰后残余强度的强化大于对锚固体峰值强度的强化。锚固体的应变-应力全程曲线与锚杆受力存在着对应关系,锚固体屈服之前,锚杆受力增加缓慢;屈服点之后,受力急剧增加;峰后软化阶段锚杆受力逐渐增加,摩擦阶段锚杆受力处在不断的调整下降中。预紧力一定时,岩体强度越高,锚杆受力增加幅度越小;岩体强度一定时,高预紧力锚杆受力增幅较小;软弱岩层破坏后,锚杆载荷的损失比坚硬岩层大,预紧力锚杆对软弱岩层的作用比坚硬岩层明显。现场实践表明,提高锚杆预紧力能够有效控制围岩的变形。     

全长锚固锚杆拉拔荷载传递规律的研究

在对全长锚固锚杆受力分析的基础上,得出了弹性应变范围内拉拔荷载在锚杆杆体上的分布规律理论公式,并应用ANSYS软件对拉拔荷载下单锚杆受力进行了数值模拟,其结果与理论分析得出的分布规律公式较为吻合。研究表明,全长锚固的锚杆荷载在锚杆露头处最大,沿锚杆锚固深度的增加而逐步递减。     

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...     

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。现场实践表明：研究快硬膨胀水泥锚杆锚固机理，对提高锚固力，保证其稳定性和锚杆支护的可靠性是极为必要的；同时，对锚杆支护合理参数设计具有一定指导意义。     

盘式锚杆微观锚固机理数值分析研究

盘式锚杆通过锚盘在土体中发挥作用,很大程度的提高了锚杆的极限拉拔力,表明了盘式锚杆在微观锚固机理上有其自身的特殊性。本文通过MIDAS-GTS数值模拟软件建模并分析了普通锚杆和盘式锚杆的微观锚固机理,总结出了盘式锚杆的特点和优势,意在能更好的指导盘式锚杆应用于工程实践。     

锚杆长期拉拔荷载下岩体内部应变时空演化特征

锚固岩体的长期强度是围岩稳定性控制的基本依据和研究热点。以岩锚复合结构为研究对象，运用预埋应变技术，通过全长时效方程黏结锚杆在长期荷载下的拉拔蠕变试验，研究了锚固体内部应变的时空演化规律。通过对比提出多项式作为拉拔蠕变时效方程的理论依据。研究结果表明：岩锚复合体的内部蠕变曲线不是单调递增，而是存在多个峰值；随着时间延伸，荷载对锚固段不同部位应变发展趋势的影响也不同，具体表现为加载初期锚固前端应变响应积极，随着时间推移，锚固末端应变与前端趋于一致；锚固段的同一部位轴向应变一般大于横向应变；相比伯格斯模型，多项式时效方程能更好地描述岩锚复合体锚固段的蠕变过程。研究结果可以为锚固工程稳定性控制提供理论依据。     

深部煤巷锚杆受力数值模拟分析

基于深部煤巷生产地质条件,采用数值模拟方法研究了锚杆受力与其位置、安装角度的关系,揭示了深部煤巷锚杆受力分布规律。肩角锚杆轴力较大;构造应力越大,肩角锚杆轴力越大,肩角锚杆最易发生破断失效;安装角度对肩角锚杆轴力影响较大,安装角度越大,其最大轴力越大。基于肩部锚杆受力分布特征,提出了肩角围岩控制技术：掘巷初期,肩角锚杆安装角度应尽可能小,避免杆体穿过煤层与顶板交界面;煤层沿顶板发生滑移后,补打倾角较大的肩角锚杆,将煤层与顶板锚固在一起,加强控制肩角围岩。     

盘式锚杆微观锚固机理数值模拟分析

盘式锚杆通过锚盘在土体中发挥作用,很大程度上提高了锚杆的极限拉拔力,表明盘式锚杆在微观锚固机理上有其自身的特殊性。通过MIDAS-GTS数值模拟软件进行建模,分析普通锚杆和盘式锚杆的微观锚固机理,总结出盘式锚杆的特点和优势,更好地指导盘式锚杆在工程实践中的应用。     

锚杆锚固区承载层范围影响因素研究

针对锚杆支护中锚固区承载层范围与其影响因素之间的关系问题,采用理论分析与数值模拟开展了相关研究。首先,采用理论分析明确了锚杆锚固区承载层厚度b与锚固承载层边界的支护强度P_ib呈正比关系,即锚固承载层越厚巷道围岩越稳定;其次,采用FLAC^3D数值模拟软件分析了预紧力分别为50、100、150、200 kN,锚杆间距分别为0.8、1.0、1.2、1.5m时锚固区承载层厚度和体积的变化规律。研究结果表明,随着锚杆预紧力的增加、锚杆间距的减小,锚固区承载层的厚度和体积也随着增大;锚杆预紧力与锚固区体积呈指数关系;锚杆间距存在临界值,当间距大于该临界值时锚固区体积急剧下降。研究成果可为锚杆支护参数设计及工程技术开发提供理论依据与参考。     

锚杆长期拉拔荷载下岩体内部应变时空演化特征

锚固岩体的长期强度是围岩稳定性控制的基本依据和研究热点。以岩锚复合结构为研究对象，运用预埋应变技术，通过全长时效方程黏结锚杆在长期荷载下的拉拔蠕变试验，研究了锚固体内部应变的时空演化规律。通过对比提出多项式作为拉拔蠕变时效方程的理论依据。研究结果表明：岩锚复合体的内部蠕变曲线不是单调递增，而是存在多个峰值；随着时间延伸，荷载对锚固段不同部位应变发展趋势的影响也不同，具体表现为加载初期锚固前端应变响应积极，随着时间推移，锚固末端应变与前端趋于一致；锚固段的同一部位轴向应变一般大于横向应变；相比伯格斯模型，多项式时效方程能更好地描述岩锚复合体锚固段的蠕变过程。研究结果可以为锚固工程稳定性控制提供理论依据。     

自旋锚杆荷载传递机理的数值模拟分析

自旋锚杆是一种作用机理及结构与普通锚杆均有所不同的新型锚杆,其锚固力由锚杆杆体上的螺丝刻入岩体中,形成多点接触摩擦力所提供的。对新型锚杆采用三维快速拉格郎日分析(FLAC3D)方法进行了数值模拟分析和现场试验,试验表明,自旋锚杆支护不仅保持了巷道的稳定,而且提高了速度,节约了支护成本,技术、经济效益十分显著,且有广阔的推广应用前景。     

岩石锚杆锚固特性对围岩体的控制作用分析

锚杆锚固特性是决定围岩锚杆支护成败的关键,协调好锚杆参数可以实现安全、经济、高效的支护效果。不同的锚杆类型在不同条件下对围岩体的控制作用千差万别,为了进一步了解锚杆的锚固特性,采用理论分析和现场试验相结合的方法对影响岩石锚杆锚固特性的初锚力与锚固长度的关系进行研究。得到初锚力对围岩的横向挤压指标,获得了一种有效的工程应用下的快速计算锚固长度的计算模型公式,可以更好地指导实际工程中的岩巷锚杆支护问题。     

岩体裂隙对锚杆荷载传递机理的影响模拟研究

为了研究岩体裂隙对锚杆荷载传递机理的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立了含裂隙锚固体有限元模型,通过计算分析了锚固体裂隙开度、裂隙长度和裂隙位置对锚杆应力传递机理的影响。结果显示:在裂隙位置,锚杆轴向应力和剪应力均会产生增大的现象,剪应力产生一个极小值τa和一个极大值τb,而轴向应力会产生一个极大值σ0。     

基于拉拔试验的煤岩组合锚固体分时破裂演化规律研究

为揭示煤岩组合锚固体拉拔过程中分时破裂演化规律，基于数值仿真方法验证倾斜煤岩分界面煤岩组合锚固体存在分时破裂现象的基础上，进行了锚杆拉拔试验，研究了不同拉拔速率和煤岩分界面不同倾角条件下煤岩组合锚固体分时破裂演化规律。结果表明：煤岩分界面倾角为0时，拉拔速率的增大虽然会降低煤岩组合锚固体整体破坏脱黏时间，但对煤体与岩体之间分时破裂并无明显影响。相比于拉拔速率，煤岩分界面倾角对煤岩组合锚固体分时破裂影响显著，当煤岩分界面倾角小于45°时，煤岩组合锚固体整体破坏脱黏所需时间较长，使得煤体与岩体之间分时破裂差异更加明显，间隔时间约34 s;当煤岩分界面倾角增大至60°时，煤岩组合锚固体整体破坏脱黏所需时间大幅减小，煤体与岩体之间分时破裂差异性显著减小，间隔时间降低至约24 s。     

灵湖金矿巷道围岩变形破坏及锚杆支护数值模拟分析

通过现场地质调查和监测,确立灵湖金矿330工程450巷道围岩体地质模型,查明硐室在受低地应力状态下的围岩等级,巷道围岩变形破坏程度及松动圈范围。针对硐顶掉(落)石块典型破坏类型,采用离散元UDEC软件进行数值模拟分析,反演硐室开挖后应力重分布,顶板产生拉应力区,导致围岩体发生变形破坏的过程和力学机制,并采取预应力锚杆支护措施稳固失稳岩体。     

全长锚固预应力锚杆支护对巷道围岩应力影响规律研究

锚固预应力锚杆支护技术在巷道维护方面得到了较好的应用,根据矿山开挖巷道围岩地质现状,利用FLAC3D软件模拟分析了2 m全长锚固预应力锚杆支护对巷道围岩应力的影响。研究结果表明:围岩较大应力出现在距离围岩表面0.8~1.6 m范围内,即处在锚杆1/2长位置,且最大应力值与锚杆预应力成正比。     

巷道围岩破坏特征数值模拟研究

以莒山矿3号煤层二采区运输大巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷道掘进后围岩应力分布特征、变形特征及巷道围岩破坏特征。根据模拟结果,在实际锚杆支护过程中顶板锚杆长度不应低于1.6m,两帮锚杆长度不应低于1.8m,同时应注意底板硬化处理,为锚杆支护提供了参考。     

预紧力锚杆作用下锚固体的形成与失稳模式

高强锚固系统在深部及复杂软弱巷道围岩控制中得到越来越广泛的应用,但对该条件下的锚固体形成和失稳的认识仍不充分。笔者采用数值模拟方法研究了预紧力锚杆作用下锚固体的形成因素及原岩应力作用下锚固体的失稳规律。结果表明：预紧力一定时,锚杆间距越小,附加应力就越大;锚杆间排距一定时,预紧力越大,附加应力就越大,附加应力在锚固体范围岩体中呈纺锤形,压力从巷道表面处逐渐衰减,在锚固起始端呈锥形分布;锚固段越短或预紧力越大,压缩区域就越大,锚固体的范围就越大,但锚固段长度对锚固体的影响较为明显。原岩应力环境中,巷道围岩锚固体失稳类型有锚杆断裂型、锚固脱黏型、岩体主导破坏型和锚固体复合型破坏型;岩体强度、锚杆预紧力、原岩应力侧压系数、埋深、锚杆间排距等对锚固体失稳的作用依次减小。     

多锚点锚杆锚固性能数值模拟研究

利用数值实验方法,对软岩巷道条件下多锚点锚杆锚固力学性能进行了模拟研究,结果表明,合理锚点数和锚固长度,既可增大锚杆的支护面积,起到控制更大范围围岩变形的效果,也可提高锚杆的锚固效率,防止了锚杆失效。