分级恒阻大变形锚固结构及其支护特性研究

发布时间：2019-12-04 18:38

【摘要】：随着煤矿开采深度的不断增加,深部岩体在“三高一扰动”的复杂环境下,非线性大变形现象尤为突出,主要表现为巷道变形量大,变形时间长,围岩破碎严重,支护体失效增多,巷道维护十分困难。而现有的支护对巷道围岩大变形没有很好的防治作用,根本原因在于支护材料不能满足在顺应巷道围岩大变形过程中,对围岩提供恒定的支护阻力,实现岩体内部变形能量的有控制性释放,无法达到支护体-围岩共同作用的巷道稳定性控制目标,更无法针对深部围岩变形非线性、时间长的特点,满足在不同围岩条件下的恒阻要求。本文针对深部软岩巷道加固中的大变形问题,研制出一种新型分级恒阻大变形锚固结构,并综合运用室内试验、理论分析、数值模拟等方法对该锚固结构进行了性能测试研究,论文主要研究成果如下:(1)根据恒阻大变形控制理念,研制出一种能够通过设置不同的恒阻值以达到分阶段恒阻效果的新型分级恒阻大变形锚固结构,介绍了该锚固结构的结构特征及工作原理,详述了各项结构构件的具体作用,计算确定了各结构部件的具体尺寸,并对各结构部件连接强度进行了验算。(2)首先通过对分级恒阻大变形锚固结构进行静力学拉伸试验,验证其在受拉作用下具有的分级恒阻的力学特性,并测定各级恒阻值及各级变形量;其后,通过ANSYS软件数值模拟保护套筒承受剪力作用下的力学特性,并通过模拟锚索在巷道支护过程中,孔口段破裂围岩错动变形形成的剪切应力,验证其在实际支护中对锚索起到的抗剪保护作用。(3)从恒阻大变形锚索与围岩相互作用的角度,针对分级恒阻大变形锚固结构的力学特性,建立了其与围岩耦合作用结构模型,并根据塑性增量理论,提出了该分级恒阻大变形锚固结构加固岩体的求解方法,推导了加锚岩体微元体的平衡方程和位移协调方程。(4)以FLAC 3D原始锚索单元模型为基础,针对其特点及其缺陷,通过FISH语言编程,将分级恒阻判据及断裂破坏判据嵌入到FLAC 3D主程序中,得到一种能够有效模拟该锚固结构分级恒阻特性的分级恒阻锚索单元模型,并详述了该分级恒阻锚索单元模型的模拟求解流程。(5)通过对锚固结构静力学拉伸试验进行模拟,验证分级恒阻锚索单元模型的可行性及准确性,并对不同埋深及不同侧压力系数情况下,普通锚索与分级恒阻大变形锚固结构锚喷支护进行对比模拟,分析其分级恒阻大变形、断裂破坏及其后续的影响效应,揭示了该锚固结构分级恒阻的支护特性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353

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