不同锚固长度下锚杆锚固特性研究

发布时间：2017-05-30 20:12

  本文关键词：不同锚固长度下锚杆锚固特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锚杆是巷道稳定性控制中重要的支护构件,但由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固设计理论以及计算方法都不够完善。拉拔试验作为检测锚杆锚固能力的重要手段在矿井支护中得到广泛应用,本文在实验室通过拉拔试验针对锚固段不同长度时锚杆受力特征、锚固界面力学模型以及围岩受力等方面展开研究工作。明确锚杆受力介质及力的传递形式,基于锚杆的剪切-位移模型和Kelvin问题模型对锚杆弹性变形阶段荷载分布进行解析分析,得到两种模型下剪应力及轴力的数值解析式,对比两种模型剪应力和轴力在锚固段的分布趋势,认为剪切-位移模型更加符合现场实际。通过拉拔试验和数值模拟两种研究手段分析单根不同锚固长度锚杆在张拉荷载作用下的受力状态,试验结果表明:(1)锚杆失效存在两种破坏形式:界面滑移失效和锚杆断裂失效;锚杆断裂失效时存在三个变形阶段:弹性变形阶段、屈服阶段和强化阶段,锚杆锚固长度越长,锚杆变形量越小。(2)锚杆轴力、界面剪应力呈非均匀分布状态,试验结果与理论分析拟合较好。(3)不同锚杆失效形式围岩应力分布状态有所差异,表现为:弹性阶段且未发生滑移时,混凝土表现为受压状态,当发生滑移破坏时,混凝土应力表现为受拉,当发生破断破坏时,混凝土大部分部位表现为受压。(4)指出锚杆存在临界锚固长度,得到剪切-位移模型界面剪切刚度计算方法,推导临界锚固长度的解析解及锚杆合理锚固长度。
【关键词】：锚杆 锚固长度 应力分布 数值模拟 拉拔试验
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 锚杆荷载传递机理研究10-13
• 1.2.2 锚杆锚固长度问题研究13-15
• 1.3 研究内容及技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容及试验方法15
• 1.3.2 研究技术路线15-17
• 2 锚杆荷载传递力学分析17-34
• 2.1 锚杆荷载传递基础17-19
• 2.1.1 锚杆锚固力划分17-18
• 2.1.2 锚杆传力介质及方式18-19
• 2.2 拉拔荷载下锚杆应力传递机制19-27
• 2.2.1 基于剪切-位移模型的锚杆荷载分布弹性解19-22
• 2.2.2 基于Kelvin问题的锚杆荷载分布弹性解22-25
• 2.2.3 两种模型条件下应力分布形式的讨论25-27
• 2.3 锚杆应力分布影响因素分析27-32
• 2.3.1 锚固长度对应力分布的影响27-30
• 2.3.2 钻孔直径对应力分布的影响30-31
• 2.3.3 传力介质材料参数对锚杆应力分布的影响31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 不同锚固长度锚杆锚固特性相似模拟研究34-56
• 3.1 试验目的34
• 3.2 试验设计34-39
• 3.2.1 试验设备35-37
• 3.2.2 试验方案设计37-38
• 3.2.3 试验材料38-39
• 3.2.4 试验加载方式39
• 3.3 前期准备39-47
• 3.3.1 试验材料力学性能测试39-40
• 3.3.2 试验装备加工40-45
• 3.3.3 试验装备安装45-46
• 3.3.4 试验实施步骤46-47
• 3.4 试验结果与分析47-55
• 3.4.1 不同锚固长度锚杆失效形式47-48
• 3.4.2 不同锚固长度锚杆荷载-位移关系48-51
• 3.4.3 不同锚固长度锚杆轴向应力分布51-54
• 3.4.4 不同锚固长度时围岩应力分布测试结果54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 4 不同锚固长度锚杆锚固特性数值模拟研究56-70
• 4.1 模拟软件特点56-59
• 4.1.1 FLAC3D基本介绍56-57
• 4.1.2 界面模拟单元57-59
• 4.2 试验条件59-61
• 4.2.1 试验假设59
• 4.2.2 模型建立59-60
• 4.2.3 材料物理力学参数和接触面参数60-61
• 4.3 数值模拟结果以及分析61-68
• 4.3.1 不同锚固长度锚杆应力分布特征分析61-64
• 4.3.2 不同锚固长度下界面剪应力分布特征64-66
• 4.3.3 不同锚固长度下围岩应力分布特征66-68
• 4.4 本章小结68-70
• 5 锚杆合理锚固长度确定70-75
• 5.1 锚固长度概念区分70-71
• 5.2 锚杆临界锚固长度确定71-73
• 5.3 锚杆合理锚固长度的确定73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 6 结论及展望75-77
• 6.1 主要结论75-76
• 6.2 研究展望76-77
• 参考文献77-81
• 作者简历81-83
• 学位论文数据集83

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