预紧力作用下锚固体的形成特征及影响因素分析

为了提高深部复杂条件巷道围岩锚固体的稳定性,采用数值模拟的方法研究了预紧力锚杆作用下锚固体的形成特征及影响因素。根据研究成果和李雅庄矿地质条件,提出高强预紧力锚杆(索)+W钢护板+锚网组合支护方案,矿压监测表明巷道支护效果明显。     

锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究

锚杆预紧力在巷道支护中发挥着重要作用,但其对锚固体强度强化特征的研究仍存在不少问题;以砂蜡材料、预紧力锚杆和平面应变约束装置制作锚固分离体,在RMT-150C实验机上对其力学特性进行了研究。实验结果表明：锚固体的峰值强度、残余强度的强化系数和岩体强度、锚杆预紧力呈正相关,岩体强度一定时,随着锚杆预紧力的增大,强化系数逐渐增加,锚杆预紧力对锚固体峰后残余强度的强化大于对锚固体峰值强度的强化。锚固体的应变-应力全程曲线与锚杆受力存在着对应关系,锚固体屈服之前,锚杆受力增加缓慢;屈服点之后,受力急剧增加;峰后软化阶段锚杆受力逐渐增加,摩擦阶段锚杆受力处在不断的调整下降中。预紧力一定时,岩体强度越高,锚杆受力增加幅度越小;岩体强度一定时,高预紧力锚杆受力增幅较小;软弱岩层破坏后,锚杆载荷的损失比坚硬岩层大,预紧力锚杆对软弱岩层的作用比坚硬岩层明显。现场实践表明,提高锚杆预紧力能够有效控制围岩的变形。     

预应力锚杆加长锚固应力分布规律分析

针对预应力锚杆在实际应用中存在的锚固问题,依据黏结式锚杆锚固力弹性解的理论基础,采用MATLAB数值软件对加长锚固锚杆剪应力和轴力分布规律进行了系统研究。结果表明:在预应力作用下锚杆锚固段内存在塑性与弹性变形区;通过提高锚杆材料的刚度或增大杆体半径,可有效的扩大其应力分布范围并降低应力峰值;此外在对锚固段长度与锚固破坏形式研究的基础上,揭示了锚杆支护破坏机理并提出一些符合现场应用的改进措施。     

锚固岩体中锚杆预紧力的作用

运用岩土塑性力学、材料力学等基本知识，对锚杆支护中预紧力作用作了论述，揭示了锚杆与锚固岩体的相互作用机理。指出锚杆支护中合理的预紧力可以提高锚固岩体的抗剪力和抗拉能力，改善其力学性能，从而有利于保持巷道围岩的稳定。     

全长锚固预应力锚杆杆体受力特征分析

采用理论分析、现场实测等研究方法,分析了锚杆杆体轴应力、剪应力与预紧力的关系以及杆体轴应力与剪应力的分布规律.结果表明:锚杆轴应力随预应力的增大而增加,在锚杆全长方向上呈曲线变化的,从锚杆尾部到锚杆端头方向,轴应力先增加后减小,在中性点处轴应力最大,轴应力最大值位置向锚杆尾端移动;随锚杆预应力增加,锚杆杆体剪应力在巷道表面与中性点位置一段减小,在中性点与锚杆端头一段增加,中性点处锚杆剪应力为零,中性点向锚杆尾部移动.全长锚固锚杆预紧力不是越大越好,而是有个合理的范围,预紧力大小要与锚杆支护系统强度相匹配.     

锚固岩体中锚杆预紧力的作用

运用岩土塑性力学、材料力学等基本知识,对锚杆支护中预紧力作用作了论述,揭示了锚杆与锚固岩体的相互作用机理。指出锚杆支护中合理的预紧力可以提高锚固岩体的抗剪力和抗拉能力,改善其力学性能,从而有利于保持巷道围岩的稳定。     

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。     

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。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。     

深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析

通过对深井巷道两帮锚固体破坏特征及作用机理分析,锚固体最大破坏部位在两帮偏中上部,两帮锚杆支护的作用就是使锚杆与锚固范围内岩体相互作用形成锚固承载结构体.把深井巷道两帮锚固体失稳分为压裂失稳和剪切失稳,两帮锚固体首先失稳形态为压裂失稳,建立了巷道两帮锚固体2种失稳条件下的稳定性力学模型,提出了锚杆、锚索耦合支护方案,并对试验巷道两帮稳定性进行了力学计算、数值分析及现场观测,回采巷道两帮采用支护设计方案后,两帮收敛量减小,最大移近量124 mm,控制在合理范围内,两帮围岩稳定,支护效果显著.     

高水平应力条件下锚杆锚索耦合让压支护技术试验研究

首山一矿己15-12010工作面由于受构造应力的影响,机巷初掘期间巷道变形大,锚杆锚索破断严重。为实现安全生产,根据耦合让压支护的理念,设计了合理的锚杆锚索支护参数。经现场试验表明,采用捷马高预应力让压均压锚杆及让压"鸟窝"锚索,解决了锚杆锚索破断问题,有效地控制了巷道围岩变形。     

粘结式锚杆粘锚能力的分析计算

通过对粘结锚杆的锚固能力、作用机理研究和分析，建立了锚固作用力学模型。导出了参数计算的理论解和不同条件下的定量范围，分析了提高锚固能力的影响因素，为锚杆支护设计提供了理论依据。     

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。     

锚杆杆体时变可靠度分析

通过对影响锚杆杆体强度衰减的主要因素———钢筋的锈蚀进行分析,得到了锈蚀规律。据此基于常规可靠性原理,建立了锚杆支护在使用极限范围内的时变可靠度分析的极限状态方程。同时为了利用现有的一次二阶矩计算公式,将时变随机过程转化为时段内的随机变量。并且以实际例子进行了验算分析。结果表明,随着时间的增长,可靠度整体趋于下降趋势。     

爆炸应力波作用下岩石破坏数值分析

为了研究爆炸应力波对岩石的破坏机理,以柱状装药条件下,现场爆破测试、动光弹和动云纹实验为基础,通过理论分析,提出了爆破漏斗半径的计算公式,并通过应用ANSYS/LS_DYNA数值模拟软件模拟柱状装药条件下爆破过程,对提出的理论进行验证,模拟得出,在相同的装药形式,不同的岩石动态抗拉强度条件下,岩石爆破漏斗半径数值模拟值与提出的理论计算值误差在10%以内;同一种岩石,在不同的装药长度条件下,岩石爆破漏斗半径数值模拟值与提出的理论计算值误差也在10%以内。     

复合应力状态下的锚杆杆体强度变化

分析了锚杆在3种应力状态下的受力及破坏情况,提出了锚杆在设计及安装过程中应避免的问题。     

基于Solidworks的锚杆锚索应力传感器弹性体设计仿真分析

为使设计、分析、优化设计过程实现无缝衔接,进一步提高设计速度及有效性,通过三维仿真软件Solidworks,并利用自身模块Simulation Xpress对应力传感器元件部分的弹性体进行设计及静力学仿真分析,以此作为参考,对弹性体贴片位置的设计及弹性体有效性设计进行初步验证其可行性。通过对Solidworks仿真分析方面的各种插件进行简单介绍,使得利用Solidworks进行设计的过程中可合理选择对应的插件无缝地进行仿真,以实现优化设计,进一步提高设计的有效性及速度。     

新型锚固式竹锚杆试验研究

介绍了 1种新型支护材料———新型锚固式竹锚杆 ,阐述了其基本原理和特点。结合工业性试验情况 ,说明这种新型锚杆用于煤巷护帮具有较好的支护特性 ,并且价格低廉 ,加工容易 ,值得在我国煤巷支护中推广应用。     

水平应力场条件下沿空巷道锚杆支护数值模拟分析

使用ANSYS有限元数值模拟软件,开发了三维沿空巷道锚杆支护辅助设计系统,对水平应力场条件下沿空巷道锚杆支护的作用机理进行了数值模拟分析,主要研究了在水平应力场条件下不同锚杆长度、不同初始预紧力锚杆支护对巷道顶底板的稳定性的影响,分析了沿空巷道顶底板离层的变化规律,提出了指导现场生产的建议。     

不同锚杆锚固方式洞室抗爆性能分析

锚杆根部加强和普通长密锚杆加固洞室抗爆性能对比试验结果表明,在爆炸条件下,锚杆根部加强加固洞室拱顶与底板发生相背位移,普通长密锚杆加固洞室拱顶与底板发生相向位移,尽管锚杆根部加强洞室的位移峰值较大,由于其塑性变形能力得到提高,塑性变形消耗的爆炸能量增大,其最终破坏程度较轻。在爆炸荷载作用下,锚杆根部加强加固洞室抗爆效果要优于普通长密锚杆加固洞室的抗爆效果。