全长锚固锚杆支护软岩巷道围岩承载结构力学响应解析

为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性,考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件,建立了全长锚固锚杆力学模型,推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建立了全长锚固围岩力学模型,将其由浅及深依次划分为锚固残余区、锚固塑性软化区、非锚固塑性软化区及弹性区,推导了各分区的应力表达式。结合工程算例分析了空间效应、扩容系数、锚杆长度和托盘反力等因素对围岩应力和锚杆受力的影响规律。结果表明：受空间效应影响,巷道变形破坏呈现渐进式发育,借此提出了“锚固调控区”的概念,即在全长锚固锚杆支护过程中,围岩的虚拟支护力和锚固力处于此消彼长的状态,从而抑制围岩应力向深部转移,有效减小了塑性区范围。锚杆安装时机越早,作用于杆体的围岩变形越大,且与围岩之间更易形成共同承载体;锚杆轴力与扩容系数呈正比关系,随着扩容系数增大,锚固力增长速率显著加快,保证了锚杆对围岩径向应力的恢复作用;锚杆长度越大,围岩/锚固剂界面粘结范围越广,使得沿杆体的轴力分布及其峰值明显增大,进而使围岩切向应力峰值区向洞壁方向偏移;全长锚固锚杆托盘反力对残余区和塑性区边界的影响较小,...     

基于锚杆-围岩联合承载结构设计的巷道支护

为确定古书院矿94306工作面回采巷道含水量情况,进行了顶板现场钻孔抽水试验,得出94306工作面回采巷道为中等富水性含水层,其钻孔单位涌水量为0.933 L/min;利用围岩强度强化理论进行分析得出造成巷道围岩不稳定性的原因,并进行模拟实验对提出5个支护方案对于94306工作面回采巷道的支护效果进行分析;实验结果表明锚网联合支护在围岩含水条件下更为有效。     

软弱破碎巷道围岩深浅承载结构力学分析及数值模拟

巷道围岩-支护相互作用体系中围岩承载区是围岩应力的主要承载体,控制围岩承载区域的稳定对巷道围岩的稳定具有积极作用。针对软弱破碎巷道围岩工程地质特性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对巷道围岩承载结构进行研究。考虑巷道开挖后岩体强度、应力和变形特征,建立了软弱破碎围岩巷道的理论计算模型,得到了围岩的应力场、位移场和塑性破坏区范围的解析解;考虑岩石峰后强度软化、剪胀扩容效应、原岩应力和支护阻力等因素的影响,在空间上将巷道围岩承载结构划分为"浅支撑层"和"深支撑层",同时在深支撑层内,存在一个高应力区域,承担了围岩的大部分荷载,对深支撑层的承载能力与稳定起着关键作用,称其为"关键支撑层"。通过算例分析了围岩残余强度和支护作用对深浅支撑层结构演化特征和巷道变形的影响。采用FLAC3D程序对深浅支撑层结构演化特征及巷道变形进行了数值模拟。研究结果表明:围岩的残余强度越大,深浅支撑层结构在空间上表现的越明显;剪胀扩容效应发生在深支撑层中的软化区内,但其最终导致浅支撑层发生变形;随着原岩应力的增大,巷道围岩深浅支撑层的厚度均不同程度的扩大。     

锚杆支护与围岩共同承载的协调性

锚杆是在围岩体内部发挥支护和加固作用的，如何与围岩的状态和变形特点相协调，是决定锚杆支护效果的关键因素，围岩与锚杆通过锚固力相互作用。通过分解锚固力，研究其作用过程与特点，提出了锚杆与围岩相互作用关系曲线，揭示了影响协调性的主要因素，分析比较了锚杆、注浆和支架支护的承载协调性，得出全长锚固锚杆的承载协调性优于其它支护形式。     

土层锚杆的承载特性及锚固机理分析

在土层锚杆的承栽试验基础上，对于深基坑支护结构所用土层锚杆的荷载传递特性、承载特性、变形特征及内力计算理论进行了较为系统地分析和研究。     

土层锚杆的承载特性及锚固机理分析

在土层锚杆的承载试验基础上,对于深基坑支护结构所用土层锚杆的荷载传递特性、承载特性、变形特征及内力计算理论进行了较为系统地分析和研究.     

水化学腐蚀下锚杆的承载特性

针对永久性锚杆的水化学腐蚀特性,从地下水环境下锚杆钢筋锈蚀原理出发,建立了杆体锈蚀过程的物理模型,以变化的钢筋锈蚀率为分析变量,建立了杆体锈蚀后的直径计算式和修正的锚杆极限承载力的标准值。     

锚杆局部黏结-滑移特性与围岩的相关性研究

为了探究围岩介质对锚杆局部黏结 滑 移 特 性 的 影 响,以两种不同类型的砂岩和钢管作为围岩介质制备锚固体 进行中心拔出试验,分析了锚固体拔出失效形式、载荷 位 移曲线、黏结应力沿锚固长度的分布特征。研究发现:锚固 体拔出的失效形式表现为劈裂破坏与拔出破坏;锚固力与围 岩的强度呈正相关,由大到小依次为钢管、黑砂岩、黄砂岩; 载荷 位移曲线表现出明显的阶段性特征,曲线第一阶段的 斜率与围岩相关;锚固界面滑移弱面形成于第一阶段结束 时,且滑移弱面形态决定了曲线随后的发展趋势;随着拔出 载荷的增加,黏结应力由沿界面均匀分布向非均匀分布过 渡,黏结应力峰值位于锚固段自由端附近,峰值强度与围岩 强度呈正相关。基于锚固体物理模型,探讨了围岩条件对锚 固界面黏结 滑移特性的影响机理。试验结果可以为不同 围岩条件锚固系统载荷传递机制和现场支护设计提供参考。     

不同黏结长度锚杆拉拔承载特性研究

黏结长度是影响锚杆承载性能的关键因素之一,研究不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性对锚杆支护设计具有重要意义。为此,基于锚固界面的"三线性"黏结-滑移模型,采用FLAC3D数值软件研究了不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性。研究结果表明:黏结长度会显著影响锚杆拉拔载荷-位移曲线的形态和发展过程,增大锚杆黏结长度能够提高其承载能力,提高锚杆抵抗失效的能力。随着黏结长度的增加,锚杆峰值拉拔载荷先快速增大后稳定增大,锚杆软化载荷和摩擦载荷先逐渐增大后保持不变,锚杆存在临界黏结长度。拉拔载荷作用下,锚杆轴力沿锚杆长度方向逐渐降低,峰值剪应力最先出现在锚杆加载端,并逐渐向锚杆自由端移动。随着黏结长度的增加,锚杆轴力作用范围增大,锚杆剪应力的不均匀性增加。研究结果可为锚杆支护设计提供有益参考。     

高强玻璃钢锚杆承载特性及应用研究

杆体强度低、承载力不匹配和托板失效是制约玻璃钢锚杆应用主要因素。新型高强度玻璃钢锚杆及构件承载特性测试结果表明,杆体承载力和延伸率高,整体强度低,螺纹段承载力为杆体的57%,配套托板为杆体的22.3%,为此,优化配套构件,提出支护方案并井下试验。     

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。     

锚杆支护煤巷围岩稳定性分析

梧桐庄矿204工作面回风平巷布置在煤层中,采用锚杆支护。综合柱状图显示巷道的地质条件较好,然而在巷道掘进时发现局部区域巷道变形严重,顶锚杆甚至出现了锚固失效的现象,严重地影响到安全施工和正常使用。通过对该回风平巷进行松动圈测试,研究表明巷道两帮现有锚杆支护参数达到了强度要求;对顶板的稳定性建立铰接拱力学模型研究的结果显示,直接顶中存在0.5m厚的软弱夹层是导致巷道变形严重的主要原因。     

锚杆对围岩控制效果分析

阐述了锚杆支护机理 ,分析了锚杆安设方向、锚杆支护参数对支护效果的影响 ,得出锚杆对围岩的控制 ,主要是把周边围岩均匀压缩成能承受一定荷载的稳定岩体 ;适当加大锚杆密度 ,有利于增加压缩带的厚度 ,提高围岩的支承能力 ,保持围岩整体稳定性等结论。     

锚杆与围岩相互作用机理分析

锚杆是在围岩体内部发挥支护和加固作用的,如何与围岩的状态和变形特点相协调,是决定锚杆支护效果的关键因素.围岩与锚杆通过锚固力相互作用,通过分解锚固力、研究其作用过程与特点及利用锚杆与围岩相互作用关系曲线,揭示了影响协调性的主要因素,分析比较了锚杆、注浆和支架支护的承载协调性,确认全长锚同锚杆的承载协调性优于其它支护形式等一些有实际意义的结论.     

岩石锚杆锚固特性对围岩体的控制作用分析

锚杆锚固特性是决定围岩锚杆支护成败的关键,协调好锚杆参数可以实现安全、经济、高效的支护效果。不同的锚杆类型在不同条件下对围岩体的控制作用千差万别,为了进一步了解锚杆的锚固特性,采用理论分析和现场试验相结合的方法对影响岩石锚杆锚固特性的初锚力与锚固长度的关系进行研究。得到初锚力对围岩的横向挤压指标,获得了一种有效的工程应用下的快速计算锚固长度的计算模型公式,可以更好地指导实际工程中的岩巷锚杆支护问题。     

基于锚杆拉拔试验优化锚固承载特性研究

为提高深部软岩巷道锚杆支护承载能力,有效控制巷道围岩变形,采用锚杆拉拔正交试验对锚固承载特性影响因素进行研究,分析不同影响因素作用效果,并以试验结果为依据针对性提出高预应力全长锚固支护技术,研发了预应力全长锚固锚杆,通过理论计算对预应力全长锚固围岩承载能力加以分析,并以潘三煤矿17102(3)工作面回风巷道为工程背景,采用数值模拟和现场试验方式与传统加长锚固支护、全长锚固支护进行对比验证。研究表明：锚杆拉拔失效首先发生在锚固体与试块黏结界面,锚杆拉拔锚固失效经历了弹性—塑性—破坏的动态阶段,不同锚固因素产生锚固效果不同,在拉拔失效发展过程中的体现也有所区别。其中试块强度和锚杆预应力对锚杆极限拉拔力影响程度显著,并且极限拉拔力的大小与试件强度和预应力值呈正相关。根据试验结果提出高预应力全长锚固锚杆支护技术,研发的预应力全长锚固锚杆采用全长锚固提高岩体强度的同时分段施加预应力,与传统加长锚固支护、全长锚固支护相对比,高预应力全长锚固支护技术实现了锚杆在全长锚固的基础上使得预应力向围岩内传递,从而增大围岩压应力区范围,形成更有效的锚固围岩承载结构。工程实践表明,预应力全长锚固支护技术可有效控...     

巷道围岩-锚杆-锚索协同锚固结构研究

为解决煤矿巷道大变形、常修复等现场问题和难题,通过构建巷道围岩-锚杆-锚索协同锚固结构,采用理论分析、相似模拟和数值模拟等方法,研究锚固结构应力场分布规律与协同特征。结果表明：对锚杆施加预紧力后,在不同方向上的应力分布规律趋于一致,只是应力值大小和衰减情况不同;当锚杆锚固参数合理时,在锚固结构中会产生协同作用和协同效应,其分布范围呈现近椭圆形,且在轴向的分布范围更广;有锚网、钢带的共同作用,锚固结构内所产生的协同效应范围更大;在多条新掘、修复巷道实施该锚固结构后,巷道返修率下降98%以上。巷道围岩-锚杆-锚索协同锚固结构能够显著提高其承载能力和抗变形性能,增强其稳定性、适应性和适用性。     

巷道围岩承载结构弹塑性理论分析

为了分析巷道围岩承载结构与支护的相互作用,建立了圆形巷道围岩内、外承载结构弹塑性分析力学模型,应用广义Hoek-Brown破坏准则和弹塑性基本理论,得到了塑性区半径和围岩承载结构相关参数的表达式.通过实例分析了巷道围岩承载结构与围岩稳定的关系,以及支护力对巷道围岩承载结构相关参数的影响.结果表明:外承载结构位置、宽度以及塑性承载结构宽度与巷道围岩变形量及塑性区范围密切相关;随支护力增大,巷道围岩承载结构越靠近巷道周边.     

持续增载作用下巷道围岩承载特性研究

为了对巷道支护机理进行研究,揭示锚固复合承载体的承载作用,采用相似模拟试验,在均质围岩条件下,使用不同的锚杆支护参数进行巷道支护,对巷道施加破坏性载荷,分析了不同阶段下锚固复合承载体的测点应力与表面位移的关系,得出了锚固复合承载体的承载特性的影响规律。研究为确定巷道合理的支护参数提供了理论依据。