爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆动力响应特征研究

针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应力、剪切应力随时间的变化特征和分布规律;研究爆心距、单次最大起爆药量和围岩弹性模量对锚杆动力响应的影响。结果表明:爆破动载下锚杆轴向应力和剪切应力最大值随单次起爆药量的增加快速增大且随时间呈正弦式变化和衰减,但随爆心距的增加而快速降低;应力作用范围主要集中在锚杆孔口附近的锚固段内且随应力峰值的增大而增长,但随着围岩弹性模量的减小逐渐增大且剪切应力最大值逐渐向锚固段深处移动,表明全长锚固玻璃钢锚杆在爆破动载下发生杆体尾部的断裂破坏或锚杆与砂浆接触面的剪切破坏与围岩性质相关。     

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积受力特征研究

针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向受力特征,并通过全长锚固玻璃钢锚杆冲击试验结果验证了数值计算结果的可靠性。研究表明:在动载强度不变的情况下,不同爆破次数下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力均沿杆体长度方向呈指数型下降,且锚杆最大轴向应力始终在孔口位置;随着爆破次数的增加,锚杆各部位轴向应力均不断增大,锚杆最大轴向应力增加更为明显,且轴向应力分布范围不断向锚固段深处延伸;随着爆破次数增加,玻璃钢锚杆最大轴向应力持续增大直至破坏,但金属锚杆轴向应力快速增大至一定数值后便趋于平稳,两者具有明显差异性;随着动载强度的增大,玻璃钢锚杆失效前的最大受力次数整体上呈先快速下降后缓慢下降的指数型变化特征。研究结果可为爆破冲击作用下的玻璃钢锚杆支护设计及爆破控制提供理论依据。     

煤矿回采巷道围岩控制理论探讨

分析了巷道围岩变形、强度特征以及支护力作用机理,提出了涵盖巷道围岩-支护相互作用全过程的波动性平衡理论;对锚杆作用力的产生机理及其对岩体作用的力学效应进行了探讨;将锚杆作用的力学本质概括为提高锚固体的内聚力、弹性模量,减小锚固体的泊松比,改善锚固体的应力状态;对锚杆受力演化机理进行了探讨,揭示了锚杆轴向力随锚固体变形而演变的3阶段特征以及第一、第二临界变形概念,以及第二临界变形与锚固长度成正变关系和确定锚固长度时应考虑巷道变形的观点;依据破碎岩体不能承受拉应力但在支护作用下仍具有较强抗压能力的特性以及不同厚宽比条件下板的力学特征,提出了厚锚固板理论。     

基于小波分析的黑岱沟露天煤矿爆破振动对邻近桥涵的影响研究

以神华准能集团黑岱沟露天煤矿抛掷爆破为工程实例,运用TC-4850振动信号记录仪对爆区北侧邻近桥涵的爆破振动响应进行了实际测试和爆破振动响应研究,通过对测试数据进行研究分析,得出桥涵的结构响应规律及高程对峰值振速的高程放大效应规律,运用小波分析方法获取爆破地震波在桥涵振动中的能量分布特征以及单段最大药量、爆心距等爆破参...     

爆破振动作用下某露天矿高陡边坡稳定性分析

矿山边坡稳定性问题是矿山生产活动中关注的重点,露天矿爆破引起的边坡失稳是影响矿山生产活动和人员安全的重要因素.因此,采用现场测试、理论计算及数值模拟等方法对爆破振动作用下某露天矿边坡稳定性进行分析研究.现场测试及理论计算分析表明,550 m工作平台挂帮开采爆破,单段最大药量72 kg、爆心距25 m时边坡岩体动态应力比...     

螺纹钢横肋作用下锚固体应力分布与破坏规律

在柱坐标系下将拉拔状态下的锚杆空间受力问题简化为平面应变问题。基于ABAQUS仿真软件建立全长黏结式螺纹钢锚杆有限元模型,研究螺纹钢横肋作用下的锚固体应力分布特征。选取单元锚固体,建立有限元模型并数值计算,重点分析了树脂破坏面的演化特征以及螺纹钢横肋面角q、径向尺寸系数d/D和横肋间距L对锚固体破坏的影响。结果表明,螺纹钢锚杆的应力分布显著不同于圆钢锚杆;拉拔状态下螺纹钢的轴向应力较圆钢沿轴向衰减速率更快,树脂-杆体接触面剪切应力值沿轴向呈现锯齿状分布。螺纹钢横肋几何参数q,d/D,L对锚固体的强度和破坏失效形式有直接影响。联合分析螺纹钢锚杆全长应力分布与单元锚固体的破坏失效形式,总结了横肋作用下的锚固体失效的时空演化规律。     

破碎岩体锚固及承载失稳机制研究

破碎岩体锚杆支护加固作用已被普遍证明,但对荷载作用下破碎岩体锚固及承载失稳机制仍不清晰。基于此,开展系列破碎岩体锚固试验,揭示破碎岩体锚固及承载失稳机制,得出不同条件下破碎岩体稳定承载支护条件,提出破碎岩体锚固支护建议。与常规岩体锚杆支护受力特征截然相反的是,破碎岩体在荷载作用下产生变形破坏特征响应时,锚杆受力呈现逐渐衰减演化特征,锚杆支护对破碎岩体支护作用仅体现为施加预紧力产生的主动支护效应。锚固破碎岩体间呈力链结构铰接,以压力拱结构承载,拱下岩体起着支撑压力拱及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用,是压力拱能否稳定承载的关键。破碎岩体产生变形破坏响应特征时,岩体间力链结构稳定性降低,拱下岩体对压力拱支撑及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用减弱。破碎岩体锚固失稳机制表现为拱下岩体支撑作用弱化及锚杆支护作用衰减双重因素叠加诱导的结构性失稳。不同物理力学及支护参数条件,改变的是压力拱拱下岩体稳定性及其力学媒介作用,影响破碎岩体压力拱结构稳定性及锚杆支护作用。获得了不同物理力学参数条件下破碎岩体锚固稳定承载条件,提出了破碎岩体锚固支护合理建议：统计破碎岩体平均粒径,确定合理锚杆支...     

基于EEMD-Hilbert变换的爆破振动信号频带-能量分布特征研究

为研究爆破地震波传播时的能量分布规律，以某基坑爆破工程为工程背景，利用EEMD-Hilbert工具，分析了同一测点不同方向、同直线不同爆心距以及同爆心距离不同最大段药量的爆破振动信号。结果表明，垂向信号能量主要集中在中频带，水平径向信号能量在中、低频带均有分布，水平切向信号能量主要集中在高频带；同次监测下，随着爆心距增大，信号高频能量衰减得更快，信号能量分布占比从高频向低频转移；爆心距相等的情况下，增加单段最大药量会促进信号低频能量占比增加，药量显著增大时，低频信号占比增加更为显著。     

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。     

加锚岩体复合弹模的研究

为研究岩体加锚的物理效应,将被全长粘结锚杆加固的岩体当作一复合体,根据其受力后变形的特点,利用弹性力学理论推导了该复合体在锚杆的轴向和垂直锚杆轴向的弹性模量,并利用界面元法进行了数值计算。理论分析和数值计算均表明,加锚能提高岩体的弹性模量。通过对这两种方法计算结果的比较分析,给出了实用的简化计算公式。     

全长锚固玻璃钢锚杆应力分布规律及 影响因素研究

为揭示全长锚固玻璃钢锚杆界面应力传递规律,进行玻璃钢锚杆全锚模型试验,获得锚杆拉拔试验轴力和剪应力分布规律;采用PFC颗粒流数值模拟软件对锚杆应力分布规律进行细观研究,得到锚杆所受荷载、锚固剂弹性模量和锚杆弹性模量对锚杆应力分布影响规律。结果表明:在弹性黏结阶段,锚杆拉拔端口到锚固末端剪应力大小呈先增后减的趋势,剪应力最大值距离拉拔端较近,锚杆轴力却逐渐减小;拉拔荷载越大,剪应力、轴力均越大;锚固剂弹性模量越大,锚杆剪应力越集中,轴力变化程度越大;锚杆弹性模量越大,剪应力最大值越小,轴力越大,轴力分布相对集中。     

高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究

针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而拱肩和底角处锚杆受到轴向拉伸和横向弯曲的综合作用。随着支护时间的增长,顶板和两帮处锚杆轴力增大明显,但锚杆弯矩较小;而拱肩和底角处锚杆除轴力增大外,其弯矩变化也较大,锚杆弯矩呈现先增大后减小的规律,且弯矩较大的部分主要集中在靠近临空面的外端部,易使锚杆受到横向弯曲的影响而发生弯拉失效。研究结果与现有文献理论研究及现场试验结果相吻合,能为高应力软岩巷道中玻璃钢锚杆及其他黏结式锚杆支护设计和参数优化提供理论指导。     

金山店铁矿玻璃钢锚杆支护试验及存在问题

金山店铁矿矿岩松软破碎,因支护的金属锚杆腐蚀失效较多,巷道变形垮冒严重。玻璃钢锚杆具有抗腐蚀、抗拉强度高等优点,为此采用玻璃钢锚杆替代螺纹钢锚杆进行了支护试验。数值分析表明全长锚固预应力玻璃钢锚杆相比螺纹钢锚杆可以有效改变锚杆中性点位置,改善水泥浆应力分布特征,提高锚杆及水泥浆抵抗围岩向壁面变形的能力。工业试验及试验巷道变形监测表明采用玻璃钢锚杆支护后在控制巷道变形方面可以取得与螺纹钢锚杆相同的巷道变形控制效果;且采用玻璃钢锚杆可以更好控制巷道离层破坏,减少矿岩中硫化物对锚杆的腐蚀,从而提高整体支护可靠性。但玻璃钢锚杆尾部托盘螺母承载力较低,难以抵抗巷道较大变形以及爆破冲击波破坏,还需做进一步研究和改进。     

台阶与预裂爆破岩体振动特征的对比研究

基于萨道夫斯基公式,对台山核电站一期工程核岛区台阶爆破和预裂爆破的岩体振动监测数据进行分析,结果表明：在20~200 m的监测范围内,预裂爆破岩体振动速度的 K , α 值均大于台阶爆破。通过量纲分析,建立了台阶爆破和预裂爆破岩体振动频率与起爆段药量及爆源距的函数关系,并通过回归分析,对比研究两种爆破类型的振动主频,结果表明：主频随最大段药量或爆源距的增大均减小;对于相同的爆源距,预裂爆破产生的振动主频高于台阶爆破,且随着最大段药量的增大两者差距逐渐变小;对于相同的最大段药量,预裂爆破主频随爆源距的衰减比台阶爆破要迅速。     

爆破振动速度衰减规律的多元线性回归分析

通过分析爆破质量峰值速度常用预测经验公式和某矿山实测数据,确定了影响爆破振动速度的两个关键因素是单段最大起爆药量和爆心距,并由此建立了多元线性回归模型,通过SPSS软件进行多元线性回归分析得出爆破震动速度衰减规律。     

高预应力锚杆在软岩地层斜井巷道的应用

在分析软岩巷道围岩变形与破坏特征的基础上,采用有限差分数值计算软件FLAC3D模拟分析了北京木城涧煤矿穿越软岩地层斜井巷道在高预应力强力锚杆端部锚固与全长锚固支护下预应力在巷道围岩中的分布特征.结果表明:不同类型岩层对巷道围岩受力与变形影响明显;相对于端部锚固,全长锚固能使锚杆的锥形压应力区相互叠加,锚杆预紧力扩散到大部分锚固区域,更能充分发挥锚杆整体支护的效果.现场试验表明,高预应力锚杆全长锚固支护方式能够有效控制软岩巷道顶部和两帮煤岩体的大变形.     

基于ANSYS的锚杆尾部受偏心载荷作用破断机理分析

针对玻璃钢锚杆锚固系统中端头受偏心载荷作用时产生较大的剪切力,导致锚杆劈裂和"剪断",进而导致锚固系统完全失去支护能力的问题,利用ANSYS有限元软件对锚杆受偏心载荷进行仿真模拟分析。结果表明:锚杆尾部受到偏心载荷作用时,其尾部所产生的附加弯矩是导致锚杆断裂的主要原因;在偏心载荷作用下,锚杆尾部受到的剪切应力在锚杆尾部与岩石接触部位达到最大,因此在这个部位的锚杆最容易受到剪切破坏;在此基础上,提出了粗尾锚杆对解决偏心载荷作用的可行性。     

全长锚固锚杆支护软岩巷道围岩承载结构力学响应解析

为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性,考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件,建立了全长锚固锚杆力学模型,推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建立了全长锚固围岩力学模型,将其由浅及深依次划分为锚固残余区、锚固塑性软化区、非锚固塑性软化区及弹性区,推导了各分区的应力表达式。结合工程算例分析了空间效应、扩容系数、锚杆长度和托盘反力等因素对围岩应力和锚杆受力的影响规律。结果表明：受空间效应影响,巷道变形破坏呈现渐进式发育,借此提出了“锚固调控区”的概念,即在全长锚固锚杆支护过程中,围岩的虚拟支护力和锚固力处于此消彼长的状态,从而抑制围岩应力向深部转移,有效减小了塑性区范围。锚杆安装时机越早,作用于杆体的围岩变形越大,且与围岩之间更易形成共同承载体;锚杆轴力与扩容系数呈正比关系,随着扩容系数增大,锚固力增长速率显著加快,保证了锚杆对围岩径向应力的恢复作用;锚杆长度越大,围岩/锚固剂界面粘结范围越广,使得沿杆体的轴力分布及其峰值明显增大,进而使围岩切向应力峰值区向洞壁方向偏移;全长锚固锚杆托盘反力对残余区和塑性区边界的影响较小,...     

基于Kelvin解的拉力型锚杆锚固段的受力分析

基于Kelvin位移解, 根据拉力型锚杆实际工作状态, 推导出拉力型锚杆锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解, 并分析拉力型锚杆的受力特点, 为拉力型锚杆的力学分析和设计提供理论依据。在此基础上讨论张拉荷载、孔径、外界岩土体弹性模量对锚固段轴力与剪应力分布的影响, 并得出了一些有意义的结论。     

锚杆锚固对裂隙岩体力学特性影响试验研究

采用不锈钢棒作为锚杆模型材料,采用水泥砂浆,制作含30,45,60和90°倾角且长度不同的裂隙试件,进行室内单轴压缩试验,研究裂隙倾角、裂隙长度等因素对加锚裂隙岩体力学特性及变形特征的影响,锚固方式分为无锚固、全长粘结锚固及预应力锚杆锚固。试验结果表明:加锚裂隙试件的峰值强度大致与裂隙倾角成正比关系;裂隙长度对无锚试件的强度及变形特性影响较大,而对加锚试件的影响较小;与无锚试件相比,加锚试件的弹性模量、峰值强度、残余强度均有不同程度的提高,且韧性增强,表现出延性破坏特征;全长粘结锚固及预应力锚杆锚固能够显著提高裂隙岩体的力学强度,增强裂隙岩体抗变形能力,有效抑制裂纹的扩展、贯通。锚杆的"锚固嵌锁"作用,能够提高破碎岩体的完整性,增加岩土工程的整体稳定性。