节理岩层预应力锚固体承载特性研究

发布时间：2020-02-11 05:03

【摘要】：节理岩体是工程中经常遇到的一种复杂岩体,节理面的存在破坏了岩体的完整性和连续性,削弱了岩体强度,在外力作用下,节理岩层易发生张开和滑移错动等变形,目前节理岩体的锚固机理还没有被人们充分理解,对节理岩层锚杆应力分布规律及杆体承载特性、锚杆-树脂锚固剂-围岩相互作用方面的问题需要更深入地研究,因此开展节理岩层预应力锚固体承载特性方面的研究,对于提高节理岩体稳定性具有重要意义。本文采用理论分析、物理模拟和数值模拟、现场测试和工业性试验相结合的方法,围绕节理岩层不同锚固形式下的杆体受力展开研究。论文研究的主要工作如下:(1)分析了不同阶段锚杆荷载的传递路径,基于弹性理论建立了树脂锚固体施加预应力阶段和节理岩层张开变形阶段的力学模型,推导并求出了不同锚固长度下的杆体拉应力和剪应力分布的公式,取特定的参数对理论模型进行了验证,绘制出了不同锚固形式锚杆的应力分布曲线。(2)运用FLAC3d建立了节理岩层预应力锚固体的实体单元模型,通过实验室的锚杆拉拔试验得到了所选材料的参数,在验证模型参数正确的基础上进行数值模拟,分析了施加预应力阶段、节理岩层受力张开变形阶段、节理岩层滑移阶段端锚、加长锚、全锚状态下的杆体受力特征。(3)杆体预应力分布规律表明:全锚锚杆预应力不易扩散、易引起端头应力集中;而加长锚和端锚状态下的岩体压应力区在自由段呈梨形分布,应力扩散较远。节理岩层受力张开变形阶段:端锚锚杆对节理的张开感知度最低,不能及时增阻克服岩层的离层;加长锚锚杆对节理岩层的离层最敏感,能及时增阻抑制节理岩层的离层,提高支护刚度。节理岩层滑移阶段:端锚锚杆不能及时阻止岩层的滑移,在岩层剪切位移达到一定值后杆体才有受力反应,支护系统刚度低;加长锚和全锚锚杆对剪切位移的发生很敏感,能及早地阻止节理岩体的剪切滑移。相比端锚锚杆,加长锚和全锚可以缓解节理岩体中的应力增加,更好地控制节理岩层的滑移;同理锚杆与节理面保持一定的夹角控制节理岩层滑移的效果也比锚杆与节理面垂直情况下更好。(4)通过分析总结前面的研究结果,提出了节理岩层锚杆支护的关键性控制技术,结合井下测力锚杆实测数据分析了杆体内的应力分布规律,对一矿81303回风巷提出了合理的支护方案,并成功应用于工程实践。
【图文】：

锚索,拉拔,锚杆,实验装置

硕士学位论文3 节理张开变形时预应力锚固体受力特征分析3 Mechanical Characteristic of Pre-stressed BondedRockbolt Induced by Joint Opening3.1 锚杆拉拔的物理模拟 (Physical Modelling of RockboltPull-out)为了模拟节理张开变形过程树脂锚固体的受力特征，需要对锚杆、托盘、锚固剂的具体参数进行确定，基于树脂锚杆的现场锚固环境，选用锚杆、锚索卧式拉拔试验装置进行试验，试验机主要构件如图 3-1 所示，实验选用的锚杆规格为 20mm×2m 的左旋螺纹钢锚杆，钢管用来模拟围岩与药卷的锚固，内径为 28mm，长度为 600mm，托盘规格为 115×115×10mm 的铁托板，，实验材料如图 3-2 所示。

实验材料,拉拔,锚杆,螺纹钢锚杆

图 3-2 锚杆拉拔实验材料Figure 3-2 Pull-out test materials MZ-II 型锚杆、锚索安装装置将锚杆与特制的内径为 28mm 的在一起，开启 LW-1000 卧式拉力试验机，启动伺服泵，输入试，开始试验，得到 20×2000mm 螺纹钢锚杆破断的实验数据示，加载过程中的载荷-位移曲线如图 3-3 所示。由图可知，锚线上升然后缓慢上升，达到其屈服强度，最后破断，受力急剧抗拉载荷为大约 151.8kN，最大抗拉强度约 483.3MPa，屈。表 3-1 20×2000mm 螺纹钢锚杆实验数据汇总表Table 3-1 Experimental data of 20×2000mm screw-thread rockbolt 第一组第二组第三组）/MPa 482 483 485 /KN 151.49 151.69 152.24 ReH）/MPa 321 312 312
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD353

【参考文献】