高强度螺纹钢锚杆抗剪力学性能试验研究

发布时间：2020-06-29 20:48

【摘要】：本文以理论分析为基础,在实验室开展锚杆抗剪力学性能试验,并结合数值模拟计算方法,对不同杆体类型、预紧力、围岩强度、锚固方式、钻孔直径等影响因素下锚杆剪切过程中的受力变化进行研究,得出各因素对锚杆抗剪性能的影响规律,主要成果有:(1)揭示了锚杆在节理岩体中发挥抗剪作用的机理,将锚杆在节理岩体中的变形区域分为弹性变形段和挤压破坏段,并进行受力分析,认为锚杆对节理面剪切强度的贡献主要由两部分组成:即锚杆自身的“销钉”作用以及锚杆杆体所受轴向力的约束作用。(2)设计出锚杆双剪切试验模型,并制作相应的剪切试验架,形成了锚杆抗剪力学性能试验装置;同时制作出两种不同强度的混凝土试块模拟软硬不同的两种围岩,对不同影响因素下锚杆的抗剪力学性能展开了试验研究。(3)锚杆剪切过程中剪力变化主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段以及破坏阶段;锚杆轴力变化同样经历平稳阶段、缓慢上升阶段、匀速上升阶段和缓慢下降四个阶段。系统的剪切刚度不断产生变化,体现出韧性增强的特征。全锚与端锚两种情况下初期剪力变化有所区别,但后期变化趋势一致。(4)剪切过程中,锚杆在节理面附近受到拉剪或拉弯复合作用,导致节理面处杆体形成“Z”形的剪切变形,根据锚杆的破坏形态可以分为拉剪破坏和拉弯破坏两种模式;锚杆在节理面两侧上下表面分别形成“拉应力区”和“压应力区”,对孔口挤压造成破碎,形成扇形的破坏区域,且混凝土试块沿杆体轴向均产生不同程度的破裂。(5)试验及数值模拟结果表明:预紧力提高后,可以有效提高锚杆初期抗剪性能的发挥,系统的初期剪切刚度也得到提高;围岩强度提高后,锚杆剪切过程中的屈服载荷明显提高,破断时的剪切位移明显减小,说明锚杆在强度较高的节理岩体中更易发挥抗剪性能;采用全长锚固时,锚杆对围岩的变形滑动比较敏感,剪切变形初期锚杆即可发挥抗剪作用,且系统的初期剪切刚度是端部锚固时的2倍左右。
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353
【图文】：

剪作用定义剪作用力[22]是指锚杆锚固的节理岩体发生剪切变形时作用，在节理面处杆体横截面上产生的剪应力，同时力，在杆体与围岩接触面或锚固剂粘结面所产生的挤 1.1 所示，这种约束主要包括阻止围岩沿节理面产生面处产生离层以及防止围岩中产生新的破坏面等作用发挥抗剪作用的认识一般存在着误区，认为锚杆只有相对位移，杆体表面与围岩紧密接触后才能发挥出抗方式。事实上，预应力锚杆的横向抗剪作用仍然是一盘及螺母对锚杆杆体施加预应力后，围岩产生挤压作，从而改变节理面的剪切强度，对围岩中潜在的滑移是通过传递围岩对锚杆的作用力，提高锚杆对节理岩锚杆的抗剪性能，从而保持节理围岩自身的稳定性。

预紧力80kN0 10 20 30505 15 25 35剪切位移/mm剪图 1.13 不同预紧力下的剪力-位移曲线Fig.1.13 Shear-displacement curves under different preloa]等采用节理面直剪的试验方法，对围岩施加不同的应力及锚固情况下对节理岩体抗剪性能的影响规律代替。结果表明：相同法向应力条件下，锚杆锚固后剪能力，剪力-位移曲线初期剪切刚度得到明显的提段变为缓增直线段，表现出“塑性强化”的特征；锚始抗剪刚度得到明显提高，但对曲线后期的抗剪刚杆变形主要集中在节理面附近 3-4 倍的杆体直径范断裂破坏，主要表现出剪切破坏的形式，也存在拉合作用而导致的断裂。锚杆的破断形态如图 1.14 所

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本文编号：2734340