张拉条件下锚固剂-围岩界面剪应力分布规律研究

为研究锚固剂-围岩界面剪应力分布规律,基于锚杆、锚固剂复合体与围岩孔壁间三阶段线性函数剪切滑移模型,采用载荷传递法开展理论分析,推导出弹性阶段锚固剂-围岩界面剪应力分布公式。结果表明,张拉承载条件下界面剪应力极大值出现在锚固段外端口且沿锚固长度方向呈单调递减规律分布。当锚固段长度较小时(≤0.3 m),界面剪应力可近似认为是均匀分布的。随着锚固长度的增加,锚固段外端口最大剪应力值逐渐降低,界面剪应力分布不均匀程度增加。适当增加锚固长度可以整体降低锚固段界面剪应力大小,一定程度避免锚固始端界面剪应力达到抗剪强度而发生滑移滑脱失效。采用FLAC3D软件开展锚杆、锚固剂实体单元数值计算,验证了锚固剂-围岩界面剪应力沿锚固长度呈递减分布的规律,发现剪应力在锚固段始端前1/3位置递减明显。

基于界面滑移脱黏的锚杆合理锚固长度研究

为确定煤巷不同围岩条件下锚杆的合理锚固长度,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏失效模式,推导出弹性阶段锚杆极限承载力、界面剪应力分布计算公式。在分析锚固剂-围岩界面发生滑移脱黏发生条件基础上,提出既安全经济,又能充分发挥围岩可锚性和锚杆材质性能的锚杆合理锚固长度确定原则,分析了合理锚固长度的影响因素和设计流程。研究表明,锚杆弹性极限承载力主要受锚固剂-围岩界面抗剪强度[τ]影响,界面剪切刚度K_1是临界锚固长度的关键控制因素。短锚拉拔试验测取的不同围岩条件下界面参数[τ]、K_1,可为锚杆设计载荷、合理锚固长度设计提供指导。算例分析结果表明,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏设计的锚杆锚固长度与目前煤巷锚杆采用的锚固长度基本一致,验证了锚杆合理锚固长度计算方法与设计流程的可行性。