基于阻尼相关系数的锚杆瞬态响应的数学模型

研究锚杆体-锚固介质系统共同作用时弹性波的传播规律,采用与应变相关的阻尼器和与速度相关的阻尼器并行耦合来模拟锚固介质与锚杆体间相互作用,建立锚杆瞬态动测响应的数学模型,讨论其反射特性,通过该模型得出的理论瞬态响应曲线,与实测结果基本吻合,同时发现K1(等效应变阻尼系数)和K2(等效速度阻尼系数)与锚固介质和锚杆体间相互耦合效果相关,K1决定弹性波沿杆体传播能量衰减的速率,K2决定弹性波在杆体某处振动能量的衰减速率。     

冲击地压巷道锚杆-围岩系统复刚度特性

为探讨冲击载荷作用下锚固围岩体动力失稳机理与能量耗散机制,基于振动力学理论,建立锚杆-围岩在冲击载荷作用下的三维轴对称力学模型,获得了冲击载荷作用下锚杆-围岩系统复刚度的解析表达.从抵抗变形与能量耗散两个方面,分析了冲击地压发生时锚杆-围岩系统的动力响应特征.结果表明:在相同频率的冲击载荷作用下,随着围岩黏性阻尼、围岩强度以及锚固长的增加,锚杆-围岩系统复刚度越大,抵抗纵向变形能力越强,应力波能量耗散越快,系统吸能特性越好;随着冲击载荷频率的增加,围岩强度与黏性材料阻尼对锚杆-围岩系统复刚度影响更为明显;全长锚固条件下,锚杆-围岩系统抵抗纵向变形能力几乎不受冲击载荷频率控制.采用数值分析验证了理论分析的正确性.建议采用围岩注浆改性与锚杆全长锚固方式,提高冲击载荷作用下锚杆-围岩系统抵抗冲击变形能力与增强系统阻尼耗能性能.     

基于柱状多层介质模型的锚杆锚固质量声波检测理论正演研究

针对当前锚杆质量检测理论存在的一些问题,提出以柱状多层固体介质模型为基础研究声波在锚杆-锚固介质-围岩体系中的传播规律,并在该模型条件下进行了数值计算.结果表明,基于柱状多层介质模型的理论用于锚杆锚固质量检测是可行的,实际工作中可以利用其特征参数对锚杆锚固质量进行评价.对于锚杆长度,可以通过反射波旅行时间给予确定;对于水泥胶结情况,可以利用地层波的幅度变化和导波模式波（高频）的特征确定.     

锚杆-围岩结构的耦合振动和减振

锚杆支护是隧道施工中常见的支护手段,而随着施工工况日趋复杂,锚杆与围岩的组合结构也承受着各类动力荷载的影响。针对隧道中单根锚杆的受力特性有较多研究,而对于锚杆和围岩组合体的动力特性研究较少。对锚杆-围岩结构进行整体分析,简化出一种巷道顶板锚杆支护模型,结合动力学双梁理论,建立并求解出模型动力学方程;运用MATLAB软件进行数值模拟,研究不同支护参数下结构的自振特性以及在外荷载作用下的动力响应,提出减振措施;利用有限元软件GTS NX建立二维模型,验证支护体系的安全性。结果表明：锚杆-围岩结构的动力特性与锚固段长度、锚杆间距和锚杆直径有关。在所建模型中,随着锚固段长度与锚杆间距的适当增加,结构动力响应明显减弱;随着锚杆直径的变化,结构动力特性的变化情况较复杂,结构不同部位的动力响应变化趋势差别较大。     

煤矿锚杆锚固结构系统横向振动特性研究

为了探寻锚杆轴向受力无损检测方法,基于结构振动理论,建立了锚杆锚固结构系统动力学模型,得到了锚杆横向振动频率的求解方程,进而根据围岩与托盘接触面的力学响应特征,推导了锚杆横向振动频率与其轴向受力的关系,结果表明:锚杆各阶横向振动频率均随着锚杆轴向受力的增大而提高,且其间的关系可以很好地用指数函数进行描述,围岩越"硬",相同轴力条件下锚杆横向固有频率越大.     

锚固巷道围岩结构动态响应规律研究

针对冲击矿压显现主要发生在巷道的现状,运用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,研究了P波作用下锚固巷道围岩与锚杆动态响应规律.结果表明:巷道迎波侧与侧向位置是重点支护位置;应力波作用是迎波侧围岩变形的主导因素,迎波侧锚杆轴应力先小幅下降而后迅速增大,最后稳定在峰值,而主次承载结构不同的动态响应是侧向位置围岩变形的主导因素,侧向位置锚杆轴应力呈"双峰"特性;结合现场分析了围岩层裂垮落与锚杆冲击拉断两种典型的破坏类型,并从改善支护参数和煤岩体强度弱化两方面提出了防冲建议.     

锚杆支护机理及其工程应用

简述了锚杆支护机理,阐明了锚杆的支护作用表现在对围岩应力状态的改变和对围岩力学参数的提高上.推导了具有加固圈圆形隧洞的弹塑性解析解,运用锚杆对圆形隧洞围岩物理力学参数提高的公式,得出了锚杆加固圆形隧洞的加固效应.通过计算验证了锚杆对围岩的加固作用.     

锚杆支护机理及其工程应用

简述了锚杆支护机理,阐明了锚杆的支护作用表现在对围岩应力状态的改变和对围岩力学参数的提高上.推导了具有加固圈圆形隧洞的弹塑性解析解,运用锚杆对圆形隧洞围岩物理力学参数提高的公式,得出了锚杆加固圆形隧洞的加固效应.通过计算验证了锚杆对围岩的加固作用.     

大地介质影响下地-井瞬变电磁的正演模拟分析

对大地介质影响下地-井瞬变电磁响应特征规律进行了研究.基于时域有限差分法和Mur吸收边界条件对不同观测方式("定源-异井位观测"和"方位观测")下典型地电模型(均质半空间和含浅部低阻层的半空间介质)中三维体的地-井瞬变电磁响应进行了正演模拟,认为观测所得响应是围岩背景场与目标体异常场共同作用的结果,提出大地介质会影响观测结果的观点.研究结果表明:围岩背景场越强,总响应的异常特征越弱;随着观测延时的增加,背景场对总响应的影响减弱;受导电介质影响的观测曲线在剖面形态和衰减特征上与高阻围岩的典型解释模型存在差别.研究结果为相关资料解释工作提供了理论依据.     

新型高预应力锚杆支护技术的研究及应用

在总结和研究了巷道围岩与锚杆支护体共同变形破坏规律的基础上,试验研制了具有高预应力的新型钢绞线锚杆.新型锚杆可提供强大的高预应力,能够很好地控制围岩产生的有害变形,实现锚杆与围岩的同步变形,更好地发挥围岩的自承能力.同时预应力钢绞线锚杆安装后不易松动,受外界放炮震动影响小,锚杆材料强度大,用于巷道支护后不仅技术上可行,而且同等支护强度条件下能够降低支护成本,对深部矿井软岩支护具有重要的推广应用价值.     

锚杆锚固质量无损检测数据的处理方法研究

以声波法为基础的无损检测技术已经逐渐取代传统的拉拔实验成为锚杆锚固质量检测的主要手段。随着锚杆锚固技术在各类土木工程中的应用日益增加,锚杆锚固质量无损检测数据处理方法的研究工作也越来越受到重视。本文在分析锚杆锚固质量无损检测原理的基础上提出了以Hilbert变换为基础的数据处理方法,并将该方法应用于实际工程中,验证了其可行性。     

Loading characteristics of mechanical rib bolts determined through testing and numerical modeling

Underground coal mines use mechanical bolts in addition to other types of bolts to control the rib deformation and to stabilize the yielded coal ribs. Limited research has been conducted to understand the performance of the mechanical bolts in coal ribs. Researchers from the National Institute for Occupational Safety and Health(NIOSH) conducted this work to understand the loading characteristics of mechanical bolts(stiffness and capacity) installed in coal ribs at five underground coal mines. Standard pull-out tests were performed in this study to define the loading characteristics of mechanical rib bolts. Different installation torques were applied to the tested bolts based on the strength of the coal seam. A typical tri-linear load-deformation response for mechanical bolts was obtained from these tests. It was found that the anchorage capacity depended mainly on the coal strength. Guidelines for modeling mechanical bolts have been developed using the tri-linear load-deformation response. The outcome of this research provides essential data for rib support design.     

深埋巷道破裂围岩位移分析

针对深埋巷道围岩普遍处于破裂状态的特点，采用非连续变形分析（DDA）软件对巷道围岩松动圈非连续体位移影响因素的变化规律进行了模拟研究．分析了用锚杆、锚索和注浆加固以增加围岩破裂面的黏结力、抗拉强度和内摩擦角的数值朱减少位移量的机理，提出了非连续体巷道失稳破坏的判断标准，并对埋深1159m的大松动圈围岩巷道的非连续体位移进行了定量计算和实地观测．实测结果与DDA软件计算值比较吻合，说明对于深埋巷道破裂围岩采用DDA方法进行位移计算和支护参数设计是可行的．     

全螺纹高强锚栓锚固性能试验研究

为研究全螺纹高强锚栓的黏结锚固性能,以高强锚栓类型、高强锚栓直径d、锚固长度l_a及混凝土保护层厚度c为试验参数,进行了24组共计48个高强锚栓的拉拔试验。结果表明：端头高强锚栓较直高强锚栓可有效减小其所需的锚固长度。直高强锚栓黏结力主要集中在l_a=10d以内;增加c可以提高其锚固性能,增加l_a可以减小c对其黏结锚固性能的影响。混凝土的破坏程度和l_a直接影响高强锚栓受拉过程中能量转化和消耗。中国规范中有关锚栓锚固长度的设计方法过于保守。     

锚杆锚同质量无损检测技术研究应用

锚杆作为隧道复合式衬砌中的重要组成部分,其施工质量对隧道的安全至关重要,圆此锚杆施工质量的检测是促进隧道安全的重要环节．基于一维波反射原理,采用锚杆无损检测仪,应用弹性波在锚固体系中的散射、绕射、反射原理检测锚杆的长度和灌浆饱满度．通过对不同施_T-状态下锚杆的检测波形进行理论分析建立数据库,并结合实际情况验证,形成了在梅州大浦高速公路隧道锚杆检测施工的堆积,作为工程质量管理的辅助手段,保证了隧道工程建设的质量．     

Mechanical properties and failure characteristics of fractured sandstone with grouting and anchorage简

Based on uniaxial compression experimental results on fractured sandstone with grouting and anchorage, we studied the strength and deformation properties, the failure model, crack formation and evolution laws of fractured sandstone under different conditions of anchorage. The experimental results show that the strength and elastic modulus of fractured sandstone with different fracture angles are significantly lower than those of intact sandstone. Compared with the fractured samples without anchorage, the peak strength, residual strength, peak and ultimate axial strain of fractured sandstone under different anchorage increase by 64.5–320.0%, 62.8–493.0%, and 31.6–181.4%, respectively. The number of bolts and degree of pre-stress has certain effects on the peak strength and failure model of fractured sandstone. The peak strength of fractured sandstone under different anchorage increases to some extent, and the failure model of fractured sandstone also transforms from tensile failure to tensile–shear mixed failure with the number of bolts. The pre-stress can restrain the formation and evolution process of tensile cracks, delay the failure process of fractured sandstone under anchorage and impel the transformation of failure model from brittle failure to plastic failure.     

拉剪组合状态下的锚杆极限承载力分析——基于BP神经网络

锚杆在拉剪组合状态下的极限承载力受锚杆及混凝土的力学特性、锚固及加载方式、锚杆的直径及植入深度等诸多因素的影响．基于BP神经网络,提出了拉剪组合状态下锚杆极限承载力预测模型;考虑影响锚杆极限承载力的主要因素,用实测试验数据建立模型．通过模型验证及参数分析表明,BP神经网络模型对锚杆在拉剪组合状态下的极限承载力预测的效果良好,在实际工程应用中有一定参考价值,     

受剪状态下化学锚栓群锚系统承载力

为了研究化学植筋式后锚固群锚系统抗剪承载力的影响因素,通过4组化学锚栓群锚系统受剪破坏性试验,研究在不同边距、不同间距下系统抗剪承载力情况.通过观察试件的破坏形式、测试破坏荷载以及有限元分析,结果表明:边距大小影响化学锚栓群锚系统破坏形式和锚栓位移,边距小会发生脆性破坏而边距大则发生延性破坏;植筋间距大小会影响群锚系统锚栓之间相互作用.间距小时,同一排锚栓产生的应力相互影响,裂缝会向锚栓深度方向上扩展,间距大时同一排锚栓的产生应力相互独立,开裂后混凝土形成两个独立楔形体.通过对比规范计算结果、有限元分析结果和试验结果,验证了现行规范关于抗剪承载力设计的可靠性.     

A local homogenization approach for simulating the reinforcement effect of the fully grouted bolt in deep underground openings

Fully grouted bolts are a key component of the support system for underground openings. Although considerable effort has been made in the simulation of the reinforcement effect of the fully grouted bolts on the rock masses surrounding underground openings, most of the work has limited significance since the structural element approach is used. This study proposes a local homogenization approach (L-H approach) that integrates elastoplastic mechanics, composite mechanics, and analytical approaches with numerical simulation to effectively simulate the reinforcement effect of the fully grouted bolt on deep surrounding rock masses. In the L-H approach, the representative volume of bolted rock mass (RVBRM) with a fully grouted bolt is established based on the original mesh model utilized in the rockbolt element approach. The RVBRM is a regular quadrangular prism with a cross-sectional size equal to the bolt spacing and a length equal to the bolt length. The RVBRM is homogenized by the L-H approach from a unidirectional bolt-reinforced composite into a homogeneous transversely isotropic medium whose mechanical properties are described by a new transversely isotropic elastoplastic model. The L-H parameters for the RVBRM are obtained using analytical approaches, composite mechanics, and known parameters of the rock mass and bolt. Using the L-H approach, the reinforcement effect of the fully grouted bolt on the bolted rock specimen and the surrounding rock mass in Jinping II Diversion Tunnel #2 with a depth greater than 2000 m is simulated. The results show that the predictions of the L-H approach are more in agreement with the physical model results of bolted rock specimen and provide a more realistic response of the bolted surrounding rock mass. The L-H approach demonstrates that fully grouted bolts with common bolt spacings and diameters substantially enhance the elastic modulus, shear strength, and tensile strength of the rock mass in the direction of the bolt axis.