软弱煤岩体扩孔锚固力学特性与试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出锚固孔孔底扩孔锚固提高锚固力的方法,并对扩孔锚固锚杆荷载传递过程和钻孔围岩应力分布特征等进行理论分析、实验室试验和数值模拟研究。研究结果表明:扩孔锚固增强了锚固体与钻孔围岩的相互作用,提高了锚杆锚固力,在拉拔荷载作用下扩孔锚固所能提供的锚固力显著高于正常锚固,锚固失效后扩孔段钻孔围岩经历"压密—破坏—再压密"循环变化过程,锚固力衰减较缓慢,且保持较高水平的残余锚固力;在动压荷载作用下,扩孔锚固状态下锚固力衰减少,具有较好的抵抗动压扰动破坏的特性,对解决动压软弱煤岩体巷道锚杆支护具有重要指导意义。     

螺纹钢锚杆锚固岩石拉拔试验过程精细化数值模拟研究北大核心

为研究螺纹钢锚杆拉拔界面力学特性及锚固结构拉拔破坏过程,在锚杆拉伸试验及数值模拟的基础上,采用有限元软件ABAQUS建立螺纹钢锚杆拉拔对称平面模型,基于界面黏结损伤模型,对螺纹钢锚杆拉拔失效全过程进行模拟。结果表明:数值模拟可还原真实螺纹钢锚杆的拉伸断裂过程,与圆钢材料拉伸断裂特征不同,螺纹钢锚杆拉伸断裂方位与肋倾角平行;不同肋间距锚杆的载荷-位移曲线说明,肋间距越小,锚固承载性能越好;锚杆横肋的存在可提高黏结接触面积,增大机械咬合力;随着拉拔载荷增加,岩体呈漏斗状由锚固前端向锚固后端逐渐破坏,界面损伤及剪应力峰值逐渐向锚固段深部移动;锚杆、岩体及界面损伤会造成锚杆拉拔载荷-位移曲线波动,损伤越剧烈,波动越明显。     

不同速率树脂锚固剂组合的拉拔力学性能试验

为确定不同速率树脂锚固剂的合适组合比例,满足现代矿井煤巷快速掘进速度与质量的较高要求。采用FLAC~(3D)软件,建立了锚杆拉拔试验计算模型,通过对不同时间下锚固剂强度参数赋值,模拟得到不同速率树脂锚固剂在不同组合比例下锚杆拉拔力随时间的增长情况。结果表明:各组合比例下,前30 min是拉拔力增长的主要时间段,之后较为平缓;随着时间的增长,不同锚固剂组合比例下拉拔力的区别逐渐减小,区别主要集中在前20 min之内;在拉拔力增长时段内,较其他组合比例,快速与中速树脂锚固剂在3∶2组合时,锚杆拉拔力均为最大,拉拔力增长速率最慢,能有效解决锚杆支护质量和速度间的矛盾,为最合适组合比例。     

基于ANSYS的巷道顶板锚固系统托盘尺寸参数优化

 针对顶板锚固系统中由于托盘尺寸设计不合理导致其受损破坏以致锚固系统失效的现象，利用有限元软件ANSYS的静力分析模块对不同球壳高度和厚度的托盘进行仿真模拟分析，得出固定轴向载荷作用下托盘的合理尺寸参数。结合实际情况及现有的经济技术条件，对相同球壳厚度不同球壳高度、相同球壳高度不同球壳厚度的托盘进行对比分析，从而提出两种情况下影响托盘力学特征的主导因素，为托盘尺寸参数的优化提供依据。     

全长锚固锚杆拉拔试验研究

支护设计最基本的指标是支护能力,即支护的最大承载力.锚杆的支护能力是锚杆对围岩的最大锚固力,由于锚杆在岩土介质中受力的复杂性、多变性,因此锚固能力的计算十分困难.工程中常用拉拔试验来确定粘锚能力,但由于拉拔试验时锚杆体上的粘结剪应力分布与锚杆实际工作时不同,拉拔力并不能作为锚杆的粘锚能力.研究认为,可根据拉拔试验和锚杆的实际承载状态下载荷分布规律的不同,得出最大拉拔力和锚固力之间的关系,为正确地利用拉拔试验来检验锚杆安装质量和评估锚杆锚固能力提供理论依据.     

基于正交数值试验的玻璃钢锚杆支护参数优化研究

金山店铁矿现采用玻璃钢锚杆替代传统螺纹钢锚杆支护回采巷道,而玻璃钢锚杆支护参数仍沿用与螺纹钢锚杆相同的参数,不利于发挥玻璃钢锚杆的支护优势。通过选取锚杆直径、锚杆长度、锚杆排距、锚杆间距和锚杆预紧力5个参数进行正交试验设计,运用FLAC3D软件对正交设计的各种参数组合进行数值模拟,采用极差分析法分析不同支护参数组合对支护效果的影响,以获得最优支护参数组合。为玻璃钢锚杆合理支护参数的选取提供理论依据。     

基于锚杆拉拔的临界锚固长度测试研究

基于锚杆拉拔锚固段受力分布规律及杆体屈服强度,提出了临界锚固长度的确定方法,并进行了数值模拟和现场拉拔试验进行验证。数值模拟表明,锚固段临界锚固长度是存在的,现场拉拔结果表明,基安达矿回采巷道顶板临界锚固长度为0.9 m以上,帮部临界锚固长度为0.7 m。     

树脂锚杆锚固失效的力学分析

本文提出了树脂锚杆锚固失效的四种基本模式，建立了锚固失效的力学判据，可用于分析设计锚杆直径和杆体强度。     

深埋软弱围岩隧道锚杆参数优化数值模拟

基于乌鞘岭隧道几种典型断面优化的结果,运用有限差分程序FLAC3D,对支护结构的锚杆参数进一步进行优化,包括锚杆的最优长度、横向间距和纵向间距等。研究表明,隧道的拱顶下沉量随锚杆长度的增加而逐渐减小。隧道的拱顶下沉量和墙腰收敛值随锚杆横向间距或者纵向间距的增加而增大,而且当锚杆横向间距超过0.8m或者纵向间距超过1 m后,锚杆的作用就不明显了。     

全长粘结锚杆锚固能力分析研究

全长粘结锚杆在岩土介质中受力的复杂性、多变性,使得确定锚固能力十分困难。根据粘结锚杆锚固能力试验、作用机理和应力应变模式分析,建立了锚固作用力学模型,导出了参数计算的理论解。计算结果为:对于中硬岩,粘锚能力是抗拔力的(1 04～1 67)l倍,为(62 4～100)lkN;对于软岩,粘锚能力是抗拔力的(0 47～0 64)l倍,为(28 2～38 4)lkN;研究表明,钻孔、锚杆、药卷直径的合理匹配,可提高粘锚能力和切向锚固能力。     

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。     

新型拉力分散型锚杆支护参数优选数值模拟研究北大核心

为解决传统锚杆无法有效适应深部岩巷复杂应力环境的难题,以某巷道为工程背景,针对1种新型拉力分散型锚杆,基于控制变量试验设计方法,对锚杆长度、锚杆间距、锚杆排距、锚杆直径和锚固长度5个主要参数不同组合方案下的巷道支护进行了数值模拟;分析了巷道围岩的变形和垂直应力的变化,给出了锚杆支护的最优参数以及各参数对巷道围岩变形的控制效果的影响主次顺序。结果表明:基于锚杆参数对巷道围岩的控制作用,优选后的锚杆参数为锚杆长度2.5 m、杆体直径22 mm、锚固长度0.5 m、锚杆间排距0.6 m;通过支护参数优选,可以有效控制围岩稳定性和巷道安全。     

锚固缺陷对锚杆拉拔试验荷载影响分析

为解决在地下巷道锚杆支护过程中出现的锚杆锚固缺陷问题,通过弹性理论对带有锚固缺陷的锚杆建立了力学模型并进行了分析,推导出了在带有锚固缺陷段的锚杆受拉拔荷载作用时的轴力和剪应力分布公式,并对锚固缺陷长度和位置等影响因素进行了分析,得到了锚固缺陷对锚杆锚固荷载的影响规律。     

树脂锚固剂搅拌参数与锚固效果试验研究

论文对树脂锚固剂搅拌进行理论分析得出,转速、搅拌时间和推进速度对树脂锚固剂混合体的黏度、均匀度存在影响.基于正交试验原理,确定3项主控因素,分别对超快速、快速、中速树脂锚固剂进行试验设计,通过实验室锚杆拉拔试验结果分析因素敏感性,获得不同类型树脂锚固剂对应的最佳搅拌动力参数搭配与影响因素的显著性顺序.结果表明:针对长度...     

树脂锚杆锚固性能及影响因素分析

采用理论分析、实验室试验、数值模拟及井下实测相结合的方法对树脂锚杆锚固性能及影响因素进行研究。理论分析了锚杆在拉拔与全长锚固状态下的应力分布特征;在实验室进行了不同形状锚杆、不同钻孔直径下锚杆拉拔力试验,得出了锚杆形状、孔径差对锚杆拉拔力的影响程度;测试了不同模拟钻孔温度、淋水量下锚杆的拉拔力,得出了温度、淋水量与锚杆拉拔力之间的关系。采用有限差分数值模拟软件FLAC3D,计算了不同杆体形状、孔径差、居中度及不同围岩强度下锚固剂、围岩中的剪应力大小,分析了诸因素对剪应力分布的影响,得出了不同条件下剪应力分布特征。在平庄风水沟煤矿井下进行了软岩可锚性试验,实测了软岩不同含水状态下锚杆、锚索拉拔力。最后,提出改进树脂锚杆锚固性能、提高锚固力的建议。     

锚固参数对地震作用下岩质边坡锚固界面剪切作用影响的数值分析

基于FLAC~(3D)建立锚固岩质边坡数值分析模型,并用优化的cable单元建模分别模拟分析锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上的剪切作用,通过改变全长黏结锚杆的锚固参数(锚固角、锚固段长度、锚杆竖向间距、锚杆直径、锚孔直径),对地震作用下锚固岩质边坡锚固界面上的剪应力及动力响应规律进行研究。研究发现:在地震作用下,随着锚固角的增大,锚固界面上的峰值剪应力减小,边坡永久位移增大;当锚杆在结构面两侧的长度相等时锚杆界面的锚固作用最大化;当锚杆竖向间距减小,峰值剪应力和边坡永久位移均减小;随锚杆和锚孔直径的增大,峰值剪应力和边坡永久位移总体呈减小的趋势。在考虑安全性、经济性的前提下,建议适当减小锚固角和锚杆竖向间距,保持锚杆拉拔段与锚固段长度相等,锚杆和锚孔直径保持合理的比值。该研究可为相关理论、试验研究和锚固边坡抗震设计提供参考。     

锚固剂锚杆工程力学特性及应用研究

在锚固剂锚杆拉拔力/变形实测数据的基础上,拟合出锚固剂锚杆的工程力学特征曲线--阶梯函数。锚固剂锚杆的拉拔力在支护10 d后就接近其平均最大拉拔力,其变形能力则随时间的增加表现出先增后减的趋势。根据锚固剂锚杆实测工程力学特性曲线和典型巷道变形特性曲线,阐明了评价巷道支护设计效果的安全系数法,从而为优化设计提供了重要的依据。     

玻璃钢锚杆支护锚固力的试验分析

针对锚固长度、锚固时间、锚固材料等影响玻璃钢锚杆锚固力的因素,在实验室开展了玻璃钢锚杆拉拔试验研究。通过单因素对比法,分析研究了锚杆锚固长度、锚固时间、锚固材料对锚固力的影响规律,总结出玻璃钢锚杆锚固力随锚固长度和锚固时间的增加而增大,锚固材料的选择应综合各方面因素考虑等规律,对玻璃钢锚杆的支护参数设计及支护机理分析具有一定的指导意义。     

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。     

基于孔壁形态的锚杆锚固体荷载传递机理及特性分析

在进行锚杆(索)拉拔试验时发现一个重要的力学现象,即当拉拔力加到一定数值,锚杆(索)体未从孔内拔出,岩体试件却伴随巨响或震动,瞬间沿孔壁径向发生整体开裂,由于这种径向压力足以引起整个岩石试件迅速开裂,可见其对锚杆承载力的影响是不可忽视的。针对该现象,通过深入研究岩-岩结构面剪切特性和扩孔理论研究成果中结构面受力剪切过程中必然产生的剪胀效应,分析认为钻孔孔壁形态是产生该径向应力的最主要因素。在适当的假设条件和考虑锚杆钻孔孔壁粗糙形态的前提下,基于非线性Mohr-Coulomb强度准则,结合荷载传递函数法和锚固体-围岩结构面剪胀效应及破坏机理,建立了适应于圆形巷道锚杆锚固体应力传递模型,分别求得破坏和弹性条件下锚固体轴力及剪应力解析式。基于所获得的解析式,深入探讨了锚固体轴力随剪胀角即钻孔孔壁粗糙度变化的分布规律和随圆形巷道应力场切向应力变化的分布规律。同等条件下,剪胀角越大即钻孔孔壁粗糙度越大,锚杆的抗拉拔性能越好,极限抗拉拔力越大;并且注浆锚杆的灌浆压力对锚杆的抗拉拔力有着重要的制约作用,建议在实际锚固工程设计和施工中适当增加钻孔孔壁的粗糙度以提高锚固效果和适当增加灌浆压力来改善锚杆的承载性能。