锚杆界面力学试验及剪应力传递规律细观模拟分析

锚杆界面的应力分布及传递规律的分析对巷道围岩锚固机理的研究至关重要.通过全长锚固砂浆锚杆的室内拉拔试验,测试了锚杆杆体与砂浆黏结界面之间的轴向剪应力分布规律.从细观力学角度入手,采用PFC颗粒流软件对锚杆界面力学试验进行了数值仿真模拟.结果表明,锚杆界面剪应力在轴向方向上分布不均匀,呈先增后减的形式传递,最大值位置距离...     

ANSYS软件对锚杆-锚固剂-岩体有限元数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS对锚杆-锚固剂-岩体的界面力学特性进行模拟分析。在模拟过程中,建立弹簧模型来模拟锚固剂,通过弹簧的F-D曲线来定义锚固剂的粘结强度。模拟得到锚杆和岩体之间界面的应力分布规律,与界面力学理论相符合。表明采用由非线性弹簧单元Combination39构置的连接单元及单元生成等相关技术可较好实现粘结滑移的数值模拟。     

锚固系统应力传递影响因素正交优化试验研究

为研究锚固系统应力传递规律的影响因素,基于正交试验研究方法,采用数值模拟软件FLAC对不同钻孔直径、锚杆直径、锚杆材质和间排距条件下的锚固剂和钻孔围岩界面的剪力进行了数值模拟计算,并对试验结果进行了极差分析。结果表明:锚固系统应力传递的影响因素排序由大到小依次为锚固长度、锚杆间距、钻孔直径、锚杆直径和锚杆材质。为提高锚固效果,锚杆直径与钻孔直径要合理匹配,锚固长度和锚杆间距也要合理匹配。经过现场实践,验证了锚杆支护设计方案的可行性。     

用ANSYS软件对锚杆-锚固剂-岩体有限元数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS对锚杆-锚固剂-岩体的界面力学特性进行模拟分析.在模拟过程中,建立弹簧模型来模拟锚固剂,通过弹簧的F-D曲线来定义锚固剂的粘结强度.模拟得到锚杆和岩体之间界面的应力分布规律,与界面力学理论相符合.表明采用由非线性弹簧单元Cornbinatiort39构置的连接单元及单元生成等相关技术可较好实现粘结滑移的数值模拟.     

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。     

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。     

围岩性质对树脂锚杆锚固性能影响的研究

运用数值模拟方法分析了树脂锚固剂锚固界面上剪应力大小在不同性质围岩情况下的分布规律,指出对于不同性质的围岩,锚杆拉拔载荷对锚杆锚固性能影响较大,锚杆锚固长度与锚固剂厚度对锚杆锚固性能影响较小,同时在载荷保持不变的情况下,锚杆与树脂锚固剂界面处的剪应力峰值随着围岩弹性模量的增加而增加,剪应力峰值越大,岩体越容易屈服。     

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。     

考虑孔壁界面剪切滑移锚杆锚固段应力分布

基于锚固体与孔壁界面的剪切滑移本构模型,采用荷载传递函数法,建立弹塑性理论空间模型,对预应力锚杆锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行理论研究,得到不同位置处的界面剪应力满足不同剪应力分布规律,界面剪应力主要分布在锚固短端部4.5 m左右范围内等结论,为预应力锚杆设计提供了理论依据。     

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。     

基于实际围岩变形的全长锚固锚杆杆体应力分布特征分析

在全长锚固锚杆支护过程中,锚杆与围岩之间会相互作用,进而引起锚杆应力分布变化。为探究全长锚固锚杆正常支护过程及临界失效时锚杆应力分布规律,以围岩变形为基础,建立了锚杆-围岩相互作用模型,推导出锚杆在正常支护过程中及临界失效时轴力及剪应力沿杆长分布解析表达式,进而获得了轴力及剪应力沿杆长分布曲线。并在考虑锚杆及锚固剂弹性模量、锚杆及锚固剂横截面面积等锚固参数的条件下分别分析了围岩条件、锚杆长度、托锚力对全长锚固锚杆杆体应力分布的影响。结果表明:在全长锚固锚杆正常支护过程中,杆体应力分布符合中性点理论;影响锚杆轴力、剪应力分布的因素有围岩条件、锚固参数、托锚力;在锚杆正常支护过程中,全长锚固锚杆杆体应力分布符合中性点理论,随着围岩变软,锚杆为了限制变形,中性点向孔口方向移动且所受轴力、剪应力增大;托锚力影响杆体应力分布,托锚力越大,轴力分布越不均匀,且孔口到中性点处剪应力越小,中性点到杆端剪应力越大。所以在工程实际中可实时监测锚杆托锚力,依靠本文理论依据可深入揭示锚杆支护过程中受力特征;在锚杆支护临界失效时,围岩越坚硬,剪应力及轴力越大,且分布更加集中;锚杆长度影响全长锚固锚杆的支护性能,但在锚杆长度超过一定范围后再增大锚杆长度并不能显著提升锚杆的锚固效果。     

巷道锚固体内离层对树脂锚杆承载特性影响分析

针对回采巷道锚固体内出现的离层现象,基于荷载传递规律、界面剪切滑移模型和锚固体离层面两侧轴力及剪应力布等研究成果,研究了锚固体上任意处发生离层前后不同锚固方式树脂锚杆的承载特性。结果表明：受锚固方式、锚杆预紧力和锚固体离层的影响,锚杆承载特性呈明显的不均匀分布特征。离层发生前,尽管端头锚固、加长锚固和全长锚固锚杆的界面剪应力和锚杆极限承载力峰值相同,但其界面剪应力和锚杆极限承载力分布形态各异。离层发生时,三种锚固方式锚杆不仅界面剪应力和锚杆极限承载力分布形态都发生了明显变化,而且其界面剪应力和锚杆极限承载力峰值也各不相同。全长预应力锚固锚杆承载特性要优于端头、加长锚固和全长锚固锚杆,对围岩变形和离层有更好的约束和抑制作用,在容易发生围岩离层的回采巷道应优先采用全长预应力锚固锚杆。     

含软弱夹层顺层岩质边坡锚固优化分析

针对具体顺层岩质边坡，利用极限平衡理论得到了边坡的安全系数KS与软弱夹层距坡肩距离d的关系(KS-d)曲线，再用数值模拟的方法，基于Geo-slope软件对所用解析计算公式及KS-d曲线进行校验，从而确定了在满足安全系数要求下的顺层边坡的关键软弱夹层，也即为锚固的持力段与自由段的界面，进而优化了锚索的长度。而后结合锚索受力机制的研究，运用FLAC3D，模拟了不同锚固排距（l）下的边坡安全系数（KS），得到KS-l曲线，从而确定了最佳锚固排距。以此为基础建立优化后的边坡锚固模型，再应用FLAC3D进行边坡稳定性分析，并通过锚索的最大轴力反算以校核锚索的材料参数，通过锚固水泥浆体所受的剪力正负分界面，以判断潜在主滑移面的位置及特征。优化后的方案符合安全规范，比原设计方案节省了较大比例的工程量，对该矿今后大面积的边坡加固有重大的经济价值，对类似边坡工程有一定的参考意义。     

基于锚索剪应力分布规律的新型高强锚索束应用研究

根据弹性理论,利用Kelvin问题推导了预应力锚索锚固剂与孔壁围岩之间剪应力分布的数学解析式,揭示了剪应力分布规律：在弹性条件下剪应力分布范围较小,主要分布在锚固段沿轴向0~1.0 m,且在0.10~0.25 m内迅速增大到极值,之后沿轴向缓慢减小趋近于0。根据剪应力非均匀分布的特殊规律,通过理论计算与现场试验,研发了适用于煤矿深井复杂条件的矿用新型高强锚索束结构,计算并确定了锚固段的合理长度,给出了锚索束施工过程,在芦岭煤矿Ⅱ82运输上山修复工程中得到了成功应用,实现了围岩变形的稳定控制。     

预应力端锚锚杆全锚后承载分布特征分析

为了分析锚固方式对锚杆承载特征的影响程度,便于巷道锚杆支护设计选型,本文采用理论分析和现场实测的方法,对比了全锚锚固和端部锚固条件下锚杆轴向力与剪应力分布特征.研究结果表明:锚杆承载分布特征与锚固条件、预应力、锚杆直径和围岩强度等密切相关;锚杆轴向力沿锚固段呈现单向递减趋势,锚杆剪应力沿锚固段呈现先增大后减小趋势,主要...     

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。     

基于围岩变形的全长粘结型锚杆受力特征研究王明阳 侯克鹏 熊昊 孙华芬

为研究围岩变形与锚杆相互作用关系,基于围岩变形推导出仅由围岩变形引起的巷道全长粘结型锚杆界面剪应力解析式,通过解析式分析锚杆界面剪应力影响因素,根据中性点理论,将锚杆分为两段,中性点前和中性点之后,将围岩变形以及引起围岩变形的内力以应变能的形式代入,求出锚杆中性点前剪应力解析式,基于中性点理论求出锚杆中性点后锚杆界面剪应力解析式,从而得到锚杆整个界面剪应力及轴力表达式。研究结果表明：(1)通过锚杆界面应力解析式得到影响全长粘结型锚杆界面剪应力的因素有锚杆和锚固剂直径、弹性模量和围岩测压系数;(2)水平地应力是影响围岩变形的主要因素,相关研究成果可以为锚杆支护设计提供一种理论依据。