深层滑动的岩土边坡稳定性分析与锚固力计算

基于极限平衡理论，推导了深层骨动的岩体边坡锚固力计算公式，根据锚固特点及深层滑动的滑面特征，编制了通用的计算程序，并以马姑山铁，东帮边稳定性分析为例进行了锚固力计算。     

试论锚杆在景观建筑中的应用

利用预应力全长锚固水泥砂浆锚杆，不但可以对破碎岩体进行深部加固，用以控制围岩的变形与位移，使岩石边坡稳定；而且可充分利用锚固体的锚固力，来悬吊附着于山体上的外部受力结构体系，满足设计安全要求。     

边坡三维稳定分析的数学规划法

在有限元法求解应力的基础上，采用数学规划法分析边坡稳定的问题。通过数学规划法与有限元法的结合，不但满足边坡力的平衡条件，而且考虑了材料的应力应变关系，计算时不需做任何假定，使得计算结果更加精确合理。给出了计算例题及工程实例，计算结果较理想，表明用该方法解决三维边坡稳定分析问题是可行的。     

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。     

分层多次高压注浆预应力锚固试验与数值模拟

为了治理露天矿山破碎岩质高陡边坡,增强边坡稳定性,从分析锚杆预应力锚固技术和高压注浆技术机理入手,采用水力劈裂应力场计算得出高压劈裂的浆液走向,提出了结合2种技术优点的分层多次高压注浆预应力锚固技术。然后,通过在实验室中对普通锚固体与分层多次高压注浆劈裂形成的锚固异形体模型分别进行拉拔对比试验,采集锚杆应力分布数据,分析其应力传递规律,得出分层多次高压注浆预应力锚固技术能使锚固段的承载力提高约39.25%,同时可以避免应力集中。最后,利用FLAC3D软件建立模型进行模拟,取4组不同起劈宽度和4组不同的起劈长度,施加相同的拉拔力,分别进行对比研究,分析其内部应力分布及传递规律。研究结果表明:相对于普通锚固异形体,分层多次高压注浆劈裂形成的锚固异形体可以承担更多的剪应力,并且随着劈裂程度的增大,浆脉的长度更长,起劈宽度更大,浆脉应力场的影响力更大,锚固效果更好。     

煤矿软弱围岩巷道锚杆孔钻扩机理与试验

锚固系统失效是煤矿锚杆支护的瓶颈问题,特别是软弱破碎围岩条件下,锚固系统锚固力低下普遍存在。针对煤矿巷道锚固系统失效问题,确定了影响软弱岩层锚固系统失效的主要因素为锚固剂黏结失效,根据理论分析成果,提出了采用改变锚杆孔底形状提高锚固力的方法。通过对普通钻孔、圆柱扩孔、正楔形扩孔和倒楔形扩孔四类锚固系统分析,以锚固体极限拉拔强度、锚固剂与锚杆黏结面应力及位移为指标,确定正楔形为最佳扩孔形状。以锚固剂与锚杆黏结面应力分布特征为依据,确定了正楔形扩孔的最优楔角为40°。设计研发了相应的扩孔机具,进行实验室锚杆孔钻扩与锚固系统拉拔试验,验证了正楔形扩孔的作用机理与提高锚固系统锚固力的有效性。     

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。     

矿用树脂锚杆锚固质量无损检测的试验研究

利用MJ—1锚检仪对树脂锚杆的锚固状态和锚固力进行测试试验，表明利用高频应力波无损检测技术可以判定锚杆锚固长度，评价锚杆锚固质量；通过适时监测杆体的受力与位移变化曲线，可以实现无损检测锚杆极限锚固力。     

含软弱夹层边坡稳定性上限分析法研究与评价

软弱夹层的物理力学性质极为薄弱,是边坡滑坡灾害的显著诱发因素。为深入探究含软弱夹层边坡稳定性问题,应用力学理论分析的方法构建了含软弱夹层边坡变形特征及破坏机构,建立了含软弱夹层边坡稳定性分析几何模型以及运动学模型,并基于最小二乘拟合的方式推导了含软弱夹层边坡破坏区域内岩土体外力功率及内能耗散率计算公式。在此基础上,综合应用上限分析定理以及强度折减原理,编制了含软弱夹层边坡稳定性上限分析计算机循环程序,最终实现稳定性上限分析法求解的目标,并通过工程算例对边坡稳定性分析结果进行准确性评价。研究结果表明：提出的稳定性分析方法具有高度准确性,从边坡稳定系数计算结果的角度分析,本方法的计算结果为严密的上限解,计算结果偏差可通过工程经验消除;从边坡最危险滑面形态的角度分析,本方法搜寻所得的最危险滑面充分满足岩土体速度分离要求,可有效地解决边坡破坏过程中存在的运动学问题,具有更强的工程实践意义。     

含软弱夹层边坡稳定性上限分析法研究与评价

软弱夹层的物理力学性质极为薄弱,是边坡滑坡灾害的显著诱发因素。为深入探究含软弱夹层边坡稳定性问题,应用力学理论分析的方法构建了含软弱夹层边坡变形特征及破坏机构,建立了含软弱夹层边坡稳定性分析几何模型以及运动学模型,并基于最小二乘拟合的方式推导了含软弱夹层边坡破坏区域内岩土体外力功率及内能耗散率计算公式。在此基础上,综合应用上限分析定理以及强度折减原理,编制了含软弱夹层边坡稳定性上限分析计算机循环程序,最终实现稳定性上限分析法求解的目标,并通过工程算例对边坡稳定性分析结果进行准确性评价。研究结果表明：提出的稳定性分析方法具有高度准确性,从边坡稳定系数计算结果的角度分析,本方法的计算结果为严密的上限解,计算结果偏差可通过工程经验消除;从边坡最危险滑面形态的角度分析,本方法搜寻所得的最危险滑面充分满足岩土体速度分离要求,可有效地解决边坡破坏过程中存在的运动学问题,具有更强的工程实践意义。     

水对新型自膨胀锚杆腐蚀影响试验

针对深部矿岩地应力大、地质条件复杂等现象,普通锚杆无法满足深部巷道所需的锚固力,因此研发了新型自膨胀锚杆,用来解决深部矿岩锚固力不足的问题;其次深部矿体环境复杂,尤其地下水对锚杆的腐蚀影响,锚杆支护的可靠性难以保证,因此在室内试验的基础上研究了水对新型自膨胀锚杆锚固力的影响。试验表明,随着浸泡时间的增加,锚杆的锚固力变化不大,拉拔力测试以杆体断裂为主,杆体断裂时的拉拔力达到190 kN左右,锚固剂成分的变化主要受空气中二氧化碳的影响,影响可忽略。经过6个月的浸泡,结果表明,水对新型自膨胀锚杆锚固力影响较小。此研究可以为深部矿山锚杆支护提供借鉴,具有一定的示范作用。     

树脂锚固剂中添加不同钢质骨料对锚固力的影响

本次实验研究对钢质骨料添加剂的外形、粒径和浓度进行了优化,以提高树脂锚固剂在破坏界面的抗剪能力和改变原锚固剂的直剪破坏方式来直接改善整个锚固系统的加固效果,进一步提高了钢质骨料对试件锚固力的增强程度。试验通过向散装慢速树脂锚固剂中分别添加粒径为1. 5,2. 0,2. 8 mm的钢砂和1. 4,2. 0,2. 5 mm的钢丸,每种粒径的钢质骨料又分为30,40,50共3种数量;使用矿业20 mm右旋螺纹钢锚杆和长度100 mm、内径30 mm、壁厚7. 0 mm的钢套筒制作锚固试样;然后使用电液伺服万能试验机,加载方式为2 mm/min进行拉拔试验采集数据,并结合销栓作用相关理论分析不同钢质骨料添加剂对平均锚固力的影响。试验数据表明:与无添加钢质骨料的锚固试件相比,向树脂锚固剂中添加钢砂和钢丸对锚固试件的平均锚固力分别为125. 6,129. 0 kN,提高了6. 4%和9. 4%;其中,添加粒径为1. 4～1. 5,2. 0～2. 0和2. 5～2. 8 mm的试件平均锚固力分别为127. 6,124. 7和129. 6 k N,提高了8. 1%,5. 7%和9. 8%,呈现先减小而后增大的趋势;而添加钢质骨料的数量增加对锚固力的提升程度呈现逐渐减小的趋势,即添加骨料数量为30,40,50的试件平均锚固力分别为128. 5,127. 2和126. 2 k N,提升约8. 9%,7. 8%和6. 9%。本次实验中最大锚固力提升来自添加数量为30、粒径为1. 4 mm的钢丸,平均锚固力为135. 1 kN,增加了14. 5%。试验中的锚固剂破坏方式为剪切破坏,且钢质骨料产生的销栓作用对锚固剂破坏表面造成划痕,并根据锚固段破坏机理分析,进一步讨论了锚固剂抗剪强度及残余抗剪强度参数对锚固效果产生的重要影响。     

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性,建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型,推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程,采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法,并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上,分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征,探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律,可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性;②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大,但其锚固长度存在临界值;超过临界值后,锚杆锚固力基本不变;③随着界面剪切强度和刚度的增加,锚杆锚固力逐渐增大,中性点位置移向临空面一侧,界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集;④围岩位移释放系数越小,锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中,宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小,合理确定锚杆支护时机和长度。     

玻璃钢锚杆支护锚固力的试验分析

针对锚固长度、锚固时间、锚固材料等影响玻璃钢锚杆锚固力的因素,在实验室开展了玻璃钢锚杆拉拔试验研究。通过单因素对比法,分析研究了锚杆锚固长度、锚固时间、锚固材料对锚固力的影响规律,总结出玻璃钢锚杆锚固力随锚固长度和锚固时间的增加而增大,锚固材料的选择应综合各方面因素考虑等规律,对玻璃钢锚杆的支护参数设计及支护机理分析具有一定的指导意义。     

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。     

基于智能拉拔测试系统的锚杆锚固力现场高效评测方法

锚杆锚固力现场评测是锚杆支护效果评价、支护参数设计与优化的基础。为解决当前锚杆锚固力现场测试方法与设备存在的效率低、携行困难、数据采集不连续和测试过程连接复杂等问题,基于自主研发的锚杆智能拉拔测试系统,提出了锚杆现场检测快速连接技术,开发了荷载—位移实时采集软件对拉拔全过程的荷载与位移数据进行智能分析与可视化。将研发的拉拔系统应用于新城金矿对锚杆现场锚固力进行评测,结果表明：长2.4 m、壁厚2.5 mm、管径差2 mm的管缝锚杆平均锚固力为61.5 kN,位移可达150 mm以上;长2.2 m、直径22 mm的端锚树脂锚杆锚固力可达230 kN,位移约120 mm;长2.2 m、直径22 mm的涨壳式锚杆锚固力可达94.5 kN,位移为25 mm。现场应用验证了锚杆智能拉拔测试系统具有便捷高效、智能分析的特点,有助于降低矿山锚杆测试成本,可为锚杆锚固力现场定量评测提供数据支撑,可为智能矿山建设、科学管理与决策提供技术支持。     

预应力锚杆锚固段轴力分布区间影响因素研究

针对不同因素对预应力锚杆锚固段轴力分布区间影响问题,采用理论分析、数值模拟、实验室试验与井下实测相结合的方法进行了研究。理论推导得出了锚固段轴力表达式,并用MATLAB软件数值分析了锚杆直径、锚固长度、预紧力、围岩弹性模量与锚固段轴力分布区间的关系。在实验室进行了不同锚固长度、不同预紧力下锚杆锚固段受力试验,得出了不同锚固长度与不同预紧力对锚固段受力区间的影响程度。在任家庄煤矿井下进行了煤体可锚性试验,实测了煤岩体不同锚固长度下的锚杆拉拔力、不同预紧扭矩下的锚杆预紧力大小。最后,提出增强锚杆锚固性能与锚固力的建议。     

搅拌参数对树脂锚固剂锚固质量影响试验研究

为了确定锚固剂最佳搅拌时间和环形厚度,分别进行了搅拌时间试验和锚固剂环形厚度试验研究。以锚固力、锚固剂环形充填饱满度作为锚固质量的衡量指标,通过锚杆拉拔试验确定不同条件下锚杆锚固力,制作专门的剖分装置,锚杆锚固完毕后剖分试件,观察锚固剂充填饱满度。研究结果表明：锚固段长度125mm,中速锚固剂最佳搅拌时间为9s,锚固剂环形充填饱满度随搅拌时间的进一步增加而下降|最佳锚固剂环形厚度区间为2～3mm,环形厚度低于2mm或超过3mm时会发生锚固剂充填不密实或锚杆偏心等现象,导致锚固力急剧下降且锚固质量不均一。     

赵庄煤业破碎巷帮锚索锚固力提高技术研究

针对赵庄煤业废弃瓦斯抽放钻孔形成的空洞、小孔径薄浆圈与软煤孔壁摩擦力不足造成锚索锚固力低下、离散度高以及巷帮破碎、锚固力严重不足的问题,设计了巷帮整体注浆加固、全长扩孔孔底加长锚固方案。现场测试10根试验锚索锚固力均达到28MPa以上,巷道两帮和顶板变形量大幅减小,有利于安全使用和采掘衔接。     

锚杆扩孔技术及锚固力试验研究

在锚固长度与条件相同的情况下,在实验室中制作圆柱形混凝土试体,对一般锚杆钻孔的锚固力与锚杆钻孔扩孔后锚杆的锚固力进行了对比试验,并进行了相应的理论计算,认为锚杆钻孔扩孔应用于采矿工程岩体巷道中是可行的,能使锚固体和岩体共同作用的效果更好,充分发挥锚杆支护的性能,大大提高其锚固力.增加扩孔段个数效果会更显著,尤其在锚杆的锚固长度受限、受振动时易松脱的情况下,锚杆钻孔扩孔后能发挥更大的作用.