基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

基于总安全系数法的喷锚组合支护承载能力试验研究

为验证总安全系数法中喷锚组合支护的计算模型与安全系数计算方法,从结构试验角度研制大型隧道结构模型试验系统,开展毛洞、不同间距系统锚杆下喷锚组合支护结构的加载试验。采用围岩、细砂材料的三轴试验、锚杆材料的拉伸、拉拔试验,明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞与不同锚杆间距下喷锚组合支护的加载破坏全过程,试验中监测获取了围岩应力–应变、锚杆应变、喷层内外侧应变、喷层位移随外荷载的演变规律,分析毛洞、不同锚杆间距下喷锚组合支护的设计承载能力、极限承载能力以及变形受力特征,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:喷射混凝土与锚杆能有效地与围岩协同承载,提高围岩的侧限力,发挥锚岩承载拱的支护作用,提高围岩的变形与承载能力;试验得到的喷锚组合支护的承载能力、破坏特征均与理论计算结果较为吻合,表明总安全系数法的喷锚组合支护计算方法是合理的,且该方法偏安全。