锚固体应力分布演化规律及其影响因素研究

通过室内试验与细观颗粒流模拟相结合的方法,研究了锚固段应力分布演化规律及其影响因素。锚固体的拉拔破坏过程可以分为3个阶段：黏弹阶段、黏脱阶段和破坏阶段。在黏弹阶段,剪应力呈先增后减的分布形式,峰值点靠近拉拔端孔口处;在黏脱阶段,拉拔端处的界面黏结首先失效,并向内部扩展,在此阶段,剪应力的峰值点随之向锚固段内部移动。锚杆和锚固剂弹性模量影响锚杆轴力和界面剪应力的分布形式,锚杆弹性模量越大,锚固剂弹性模量越小,剪应力在锚固段拉拔端的集中程度越小。     

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。     

树脂锚杆不同锚固长度锚固段受力特征试验研究

树脂锚固技术已在水利水电、矿山井巷、隧道和边坡等加固工程中得到广泛应用,其中树脂锚杆锚固段受力特征一直是研究的重点问题之一。基于伺服液压控制卧式锚杆拉拔试验平台,研究螺纹钢锚杆不同锚固长度条件下锚固段剪应力和轴力沿锚固底部方向的变化规律。试验结果表明:随着锚固长度增加,锚固界面发生破坏的阈值变大,锚固段内对于外载荷的响应范围增加,峰值剪应力增大;400 mm和600 mm、800 mm和1 000 mm、1 200 mm和1 400 mm锚固长度锚杆的锚固界面发生破坏的阈值分别大于60,90,120 kN;随着荷载增加,不同锚固长度锚杆峰值剪应力位置由起始位置逐渐向锚固段底部转移;锚固长度400 mm锚杆剪应力峰值距锚固端头120mm,其他锚杆长度锚杆剪应力峰值距锚固端头240 mm。剪应力主要集中在距锚固起始位置0～600mm范围;峰值轴力与锚固长度大小无关;增加锚固长度能够提高锚固体承载能力。     

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...     

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。     

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。     

不同边界约束对锚杆锚固段承载特征的影响北大核心

为研究不同边界约束对锚杆锚固段承载特征的影响,在锚杆张拉预紧、锚杆-围岩协调变形承载状态受力分析基础上,采用数值计算方法开展相关研究。结果表明:不同边界约束锚杆轴力沿锚固长度均呈递减分布,有侧向约束锚杆轴力衰减速度较快;顶端固定侧向约束锚杆轴力在锚固长度1/2处递减明显变缓且接近0;底端固定侧向约束锚杆轴力在锚固始端5 cm内递减缓慢,随后呈幂函数递减;顶端固定侧向约束锚杆-锚固剂界面剪应力在锚固外端2 cm处出现峰值,但底端固定侧向约束剪应力峰值位于锚深9~10 cm处;顶端固定侧向约束锚固剂-围岩界面剪应力峰值位于锚固外端口,而底端固定侧向约束时剪应力峰值位于锚深8 cm处;不同边界约束两界面剪应力峰值大小和位置不同,是影响锚固失效模式的重要影响因素。     

锚杆支护锚固力传递机理研究

锚杆支护锚固力的传递机理非常复杂,在前人研究的锚固力剪应力指数分布基础上,考虑了围岩体和锚固剂相对刚度对剪应力分布的影响,给出了锚杆锚固力沿杆体长度的计算表达式,并推导出了锚杆锚固段围岩体剪应力沿径向的分布曲线,以期为锚杆支护设计和施工提供更有效的理论指导。     

全长可回收树脂锚杆锚固段力学特征光测法研究

杆体全长可回收锚杆锚固段的力学特征有别于普通可回收树脂锚杆,借助光弹性试验对锚杆锚固段附近围岩中最大剪应力进行了研究,得到了锚固段上剪应力的分布规律:可回收锚杆锚固段附近围岩中,最大剪应力在钻孔底部取得最大值,沿孔底至孔口方向衰减.     

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。     

深井软岩巷道温压耦合作用下锚固体破坏机理及应用研究

针对深井软岩巷道高地温高地压锚固支护失锚率增大的问题,以淮南矿区深井软岩巷道为例,采用室内相似模拟试验方法,进行温压耦合作用下锚固体变形破坏特性和锚杆受力特征试验研究。结果表明：随着温度升高和侧压系数的增大,锚固体的破裂深度增大,而侧压系数增大则锚固体的破裂倾角减小。当λ=1.2、1.5和1.8时锚固体的破裂深度分别为托盘直径的1.02～1.2倍、1.13～2.2倍和1.15～2.4倍,锚固体破裂倾角分别为45°～60°、40°～45°和30°～35°|温度升高和侧压系数增大,锚固体压密阶段水平变形量增大,随着侧压系数的增大,温度对锚固体变形破坏规律影响减弱|锚杆在破碎块体作用下处在压、张、剪的复杂应力状态,锚杆以受张拉应力为主,弯曲位置受压、剪应力作用,随着温度和侧压系数的增大,锚杆弯曲位置受压、剪应力增大,锚杆发生明显弯曲变形,锚杆锚固体呈渐进式破坏。将全长锚固支护工艺应用于丁集矿西三轨道大巷围岩支护参数优化设计,并进行现场监测,反馈表明巷道围岩支护效果较好。     

复合顶板锚杆力学特征分析

由于各分层间物理性能差异化分布,复合顶板内锚杆力学特征存在其独特的复杂性,但相关文献却较为鲜见。本文建立、推导了复合顶板内锚杆力学模型,进行了锚固段内锚杆的力学特征分析,有效预测了巷道两侧及顶板内的锚杆位移,为提高巷道支护效果提供支撑,研究手段及结论为复合顶板内锚杆的力学特征分析及支护设计提供一种有效的新途径。本文借鉴桩基础平衡理论的研究成果,通过理论推导、工程案例的MATLAB解析计算及FLAC~(3D)模拟对比分析,验证了复合顶板内锚杆力学模型的正确性。研究结果表明:复合顶板内锚杆位移、轴力及胶结面上切应力分布形式为分段的指数函数,分段边界为分层交界面位置,轴力在此出现拐点,切应力在此突变;切应力主要出现在两个位置:其一为自由段与锚固段的交界处附近(端锚形式),或为锚杆根部(全锚),其二为剪切模量相对较大的分层下边界位置;随着分层剪切模量增大,其内锚杆胶结面上切应力增大,自上边界至下边界方向,响应程度逐渐增强,同时其他分层内切应力逐渐减小,相对于该分层距离愈大,减小的幅值及幅度愈小。     

新型锚索锚具静载拉拔实验分析

为了提高锚索的承载能力和使用寿命,设计了新型球面锚索锚具,通过锚索静载拉拔实验,模拟锚索在应用中可能出现的各种情况,调节锚索中心线与锚固面的角度,加载直到破坏。通过新型球面锚索锚具与普通锚索锚具的实验数据分析,验证球面锚索锚具有更好的承载能力和减弱剪切应力的能力,从而为新型锚索锚具的应用提供了理论依据。     

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。     

岩石预应力锚索应力分布模式分析

阐述了采用理想弹塑性载荷传递函数,根据拉力型预应力锚索锚固段的受力平衡,利用锚固体、锚索和注浆体共同作用的位移模式,推导出预应力锚索锚固段剪应力和轴力分布函数,得到了预应力锚索极限承载力公式.由此可知,预应力锚索最大极限承载力与锚固段长度无关;并讨论了不同参数对锚固段应力分布的影响.其结果可为预应力锚索的设计和计算提供...     

西部矿区植被根系采动损伤特征及细观力学机制

根系损伤是西部干旱半干旱生态矿区开采植被退化的重要诱因,以神东矿区为背景,通过调研总结地表沉降、根系赋存及变形破坏特征,提出采动诱发根系损伤的应变控制和应力控制两类现象。建立等径单根界面剪切脱黏模型,分析开采扰动后根土界面的“弹性-滑移-脱黏”三阶段受力过程,得出根土界面剪应力-应变关系,揭示三种典型损伤的细观力学机制。进一步将矿区优势植物沙柳和沙蒿简化成全长锚固单元和根土复合层,采用FLAC3D研究采动后全长锚固单元和根土复合层宏观响应的受力变形区划特征。结果表明：高拉应力是采空区上方全长锚固单元损伤的控制因素;表底层受力的非一致性和非整体性是引发采空区边界附近全长锚固单元损伤的控制因素。采空区上方根土复合底层剪应力水平高于表层,更容易形成大面积的压剪损伤区;采空区边界及以外根土复合表层拉应力水平高于底层,更容易形成拉伸损伤区。