基于Mindlin基本解的压力型锚索受力分析

为了进一步对压力型锚索的锚固机理进行理论研究,借鉴半无限体内部作用有集中荷载的Mindlin基本解,推导了在圆形均布荷载作用下压力型锚索的锚固段注浆体受到的压应力近似解和锚索孔壁与注浆体之间接触面上的剪应力近似解。在此基础上,分析了锚索孔半径、承压板半径和岩体的泊松比对注浆体受到的压应力和锚固段接触面上的剪应力的影响。研究结果表明：锚索孔半径对注浆体受到的应力分布的影响很大,承压板半径的影响较大,泊松比的影响较小。研究成果进一步丰富了压力型锚索锚固机理内容,可为压力型锚索设计提供理论参考。     

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。     

倾斜层理岩体预应力锚索主动锚固机理试验研究

:倾斜层理顶板巷道通常具有明显非对称破坏特性,其稳定性控制是巷道支护的复杂难题,对层理岩体锚固机理研究有利于合理确定支护参数.采用相似模拟试验对不同锚固角及预应力条件下层理岩体锚固控制机理进行了研究.结果表明:锚索预应力可有效抑制层理岩体裂隙扩展,且随锚索轴向约束载荷增大抑制效果愈加明显,锚固体峰值强度较无锚时提高９６．９７％,锚索高阻特性使层理岩体锚固结构强度保持缓增趋势,岩体碎胀变形得到有效控制,残余强度提高１４８．３３％;锚固角对岩体加固效果影响明显,锚固角为９０°时较无锚试件其弹性模量、峰值强度及残余强度分别提高５９．３３％、３４．３４％和９６．６７％,锚固角为４５°时较锚固角为９０°时各参数分别提高１６．７１％、１４．２９％和１８．６４％;锚索预应力与层理岩体的承载能力正相关,预应力由０．５kN 增至０．７kN 时,试 件 弹 性 模 量、峰 值 强 度 及 残 余 强 度 分 别 提 高６６．１４％、４６．６２％、２６．２７％,即增加锚索预应力可有效提高试件整体锚固强度;试件垂向位移量一定时,随锚固角优化及预应力提高,锚索对岩体扩容约束作用增强.     

卸荷作用下预应力锚索锚固特性研究

在超前预应力锚固或边锚固边开挖工程中,卸荷作用影响已张拉锚索的预应力和锚固段剪应力分 布。通过卸荷条件下拉力、压力集中型锚索锚固特性试验,研究卸荷带锚索的荷载传递机制、锚索锚固段剪应力分 布规律和预应力发展规律。研究表明：卸荷作用对拉力集中型锚索索体表面剪应力的影响主要为内锚段起点 1/3 内锚段长度范围内的剪应力增大;对 2 种锚索注浆体表面剪应力的影响主要为剪应力分布曲线峰值增大。压力集 中型锚索注浆体剪应力的峰值增大比率较拉力集中型锚索的更大。卸荷作用导致了 2 种锚索注浆体剪应力集中 区发生塑性滑移破坏,因而 2 种锚索注浆体剪应力峰值点向内部小距离移动。卸荷作用导致了 2 种锚索预应力产 生台阶式的增大,压力集中型锚索预应力的增加比率比拉力集中型锚索预应力的大。研究结果为预应力锚索的优 化设计提供了一定的参考。     

预应力锚索加固机理的数值模拟分析

采用FLAC3D对单锚和群锚两个方面分析了预应力锚索的加固机理,结果表明:预应力锚索张拉力在锚索垫板周边煤岩体中形成压应力集中区,在内锚头形成拉应力区,内部被压应力区覆盖,且表层压缩区范围和量值随锚固力的增加而增加;群锚时在一定间距时出现群锚的压缩加固带,随预应力的增大,围岩表面压应力提高,但衰减很快。     

预应力锚索锚固段剪应力分布特性研究

基于弹性理论,利用弹性半空间体在边界上受法向集中力作用的布西内斯克应力解,建立了弹性理论空间模型,对预应力锚索锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行模型研究。得到剪应力沿锚固段轴向的分布曲线,求出了剪应力分布曲线的特征点;并通过与现场试验结果对比,验证了该模型的合理性,得出锚固段周边剪应力分布的合理结论。     

露天矿岩体力学参数对终了边坡稳定性影响敏感性数值模拟

为研究岩体力学参数对终了边坡稳定性的影响,以云南某露天矿边坡为研究对象,采集岩样展开室内岩石力学试验,通过Hoek-Brown强度准则折减计算岩体力学参数,运用Midas GTS NX建立三维边坡模型,通过FLAC^3D软件研究岩体的弹性模量、泊松比、凝聚力、内摩擦角以及抗拉强度等参数对露天矿终了边坡稳定性的影响,以此分析出岩体力学参数对露天矿终了边坡稳定性影响的敏感性。结果表明,岩体力学参数中凝聚力与内摩擦角在影响露天矿终了边坡稳定性中所占比重较大,弹性模量、泊松比和抗拉强度影响较小。研究结果为后续边坡稳定性研究提供了依据,同时对边坡灾害治理与预防有一定的指导意义。     

近距离下煤层中空注浆锚索注浆前后周边剪应力作用机理

为解决近距离下煤层破碎巷道围岩难以控制的问题,基于理论分析和数值模拟研究中空注浆锚索注浆前后对破碎围岩的控制效果,即注浆前后中空注浆锚索与围岩的周边剪应力作用机理。结果表明：注浆前锚固段符合粘弹性本构模型,剪应力曲线呈现线性增加到非线性下降再到稳定的单峰值,注浆后巷道周围预应力场沿锚索形成一个渐变式的整体,使巷道围岩应力场重新分布,剪应力强度随之降低,应力曲线转变二次线性快速增加到非线性快速下降再到稳定的双峰值曲线,有效提高破碎围岩和软岩巷道的抗剪强度。     

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。     

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...     

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19～1 320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为：弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数的空间变异性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。以岩石试验为基础,对不同赋存深度的岩石物理力学性质进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。     

大红山铜矿岩石物理力学性质试验研究

对大红山铜矿435中段矿岩的单轴抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、泊松比、弹性模量、内摩擦角以及内聚力进行了室内试验研究。试验得出一系列岩石物理力学参数,为矿山下一步生产实践做好了准备。     

预应力锚杆锚固段应力分布规律及分析

为揭示预应力锚固机理及优化围岩支护参数,基于前人对锚固力的研究,对锚杆—围岩系统进行理论分析,得出弹性状态下围岩体内剪应力及压应力分布表达式,借助Matlab数值计算软件,计算不同锚固方式、围岩性质、锚杆直径及预紧力下预应力在杆体及围岩中的分布情况。结果表明:不同锚固方式下,预应力分布形式基本相同,作用范围不同,加长锚固方式可增大预应力的作用范围;预应力锚固在软岩中的效果较硬岩好;增加锚杆直径可以改善黏锚力在围岩中的扩散效果;增加预紧力无法改变锚固段预应力扩散范围,但可以提高其应力峰值,同时可提高孔口附近围岩的压应力,对表层围岩应力状态的改善效果较好。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

巷道围岩塑性软化区岩石内摩擦角与黏聚力变化规律

为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近似认为不变。针对广泛应用的4阶段和3阶段应变软化模型,研究获得了围岩黏聚力与环向应变之间的线性关系及黏聚力软化模量的常量性质。研究结果揭示了围岩塑性软化区岩石内摩擦角和黏聚力的计算方法,黏聚力及黏聚力软化模量的变化规律,可为煤矿软岩巷道变形分区的研究提供参考。     

围岩应变软化巷道锚杆支护作用的计算

从围岩应变软化巷道弹塑性力学计算出发,引入软化模量与非关联流动法则,用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响;在锚固围岩体力学性质的黏结力和内摩擦角不变的情况下,建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型.通过计算,得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力、巷道位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径的理论计算公式;分析了围岩应变软化巷道锚杆支护的应变软化区、破碎区及巷道周边位移变化趋势,并在巷道锚杆支护的参数选定中进行了应用.     

矸石山岩体的抗剪特性试验研究

对李家壕煤矿矸石山进行实地勘察选点,对不同排弃时间段的矸石岩体进行原位剪切试验和室内大型剪切试验,分析了相应试验的矸石岩体剪切应力-剪切位移曲线规律,计算了不同压力级别下的峰值抗剪强度,并结合Hoek-Brown岩体强度准则分析黏聚力和内摩擦角试验值。结果表明：矸石的排弃时间越长,外部载荷影响次数越多,所处矸石山边坡堆积层位高度越低,矸石块体的胶结情况就越好,则矸石岩体滞后达到峰值强度,其抗剪强度就越大|原位剪切试验中矸石岩体呈剪切型摩擦剪切,与大型剪切试验的矸石块体剪切应力-剪切位移曲线都呈一定的线性规律,表现出峰值强度前阶段,随着剪应力的增加,以明显的弹性剪切变形为主|矸石原位剪切试验的黏聚力和内摩擦角都比大型剪切试验值大,Hoek-Brown岩体强度准则估计的黏聚力值都比试验值偏大,而内摩擦角估计值和试验值较为接近。该成果可为今后研究矸石岩体抗剪特性及矸石山边坡稳定性分析提供参考。     

爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究

基于连续-非连续单元方法（CDEM）中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素;通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带;在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝;损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系;强损伤区（损伤因子大于0.9的区域）的临界半径一般在2.5~5.5 m,仅受黏聚力控制;弱损伤区（损伤因子小于0.1的区域）的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。     

基于Drucker-Prager准则的深部巷道破裂围岩弹塑性分析

基于Drucker-Prager屈服准则和非关联流动法则,考虑中间主应力、塑性区弹性应变及岩体剪胀性的影响,推导了深部圆形巷道围岩应力、变形及塑性区半径的封闭解析解。结合工程实例,对比分析了不同屈服准则和围岩参数对围岩状态变化的影响,研究结果表明：中间主应力对围岩破裂范围和表面位移均具有重要影响,且表现出明显的区间效应;剪胀角越大,扩容系数越大,围岩破裂范围与表面位移也就越大;围岩参数(残余黏聚力、残余内摩擦角、初始黏聚力)和支护阻力越大,围岩塑性区及破裂区范围均越小;D-P准则解分别与统一强度准则解、双剪强度准则解和M-C准则解相比,围岩破裂范围及表面位移均偏大,但与M-C准则解最为接近;在满足相同围岩变形条件下,D-P准则解所需支护阻力较其他3种准则解均较大,更偏向于刚性支护形式,分析结果可为巷道围岩稳定性评价与支护设计提供重要理论依据。     

复合顶板条件下锚网索喷及注浆加固支护应用

复合顶板条件下的冒顶事故相当严重,且绝大部分属于无显著矿压显现的冒顶事故。为探究复合顶板条件下锚网索喷及注浆加固支护的应用方式,以平煤股份九矿己16-17-22050机巷为试验巷道,采用锚网索喷+注浆加固技术对该巷道破碎顶板进行控制。结合单体锚杆、锚索、喷浆、加固技术和破碎围岩体内部裂隙注浆技术的优势,以及普通预应力锚杆、锚索的悬吊作用,又配合喷浆使其巷道周边煤岩体达成整体的特性对顶板注浆;分析认为,该方法提高了裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角,增大了岩体内部块体间相对位移的阻力。实践表明,该支护技术能提高顶板、煤帮煤岩体的整体稳定性,一定程度上可有效防止冒顶事故的发生,为矿井安全生产打下坚实基础。