锚杆作用机理及不同锚固方式的力学特征

运用理论分析及数值计算的方法对锚杆作用力的产生机理、分布规律及其对岩体作用的力学效应进行了探讨。结果表明 ,锚杆与围岩间的相对位移或相对位移趋势是锚杆作用产生的条件 ;从力学角度考虑 ,端部锚固。

碎石锚固中压力拱形成与锚杆作用分析

碎石锚固试验被用于证实锚固破碎岩体中存在压力拱,但压力拱的概念较为抽象,难以理解和应用。为研究锚固破碎岩体中压力拱的形成机制与锚杆的作用,克服颗粒锚杆批量生成与预紧难题,利用三维颗粒流程序(PFC3D)开发碎石锚固试验的数值模拟方法,开展系列碎石锚固数值试验,直观展示压力拱的形成,揭示压力拱的形成机制与成因,分析并验证锚杆在压力拱形成中的具体作用。在此基础上,提出极破碎岩体锚杆加固的建议。研究结果表明:①锚杆加固碎石体内会形成拱形承载结构压力拱,压力拱由碎石咬合而成,碎石体全部质量由压力拱承载,压力拱的稳定依靠拱下碎石支撑。②压力拱形成于碎石在锚杆作用下的自适应运动过程。移除碎石箱底板后,底部碎石向下运动,导致上部碎石重力向周边转移,在周边碎石形成拱腿,拱顶部位碎石在侧向约束作用下彼此咬合形成拱顶,最终以底托板为基础形成压力拱。③压力拱的形成和稳定需满足4个条件:强力的底部基础、足够的侧向约束、适当的碎石厚度和平衡的拱下碎石。④锚杆在压力拱形成和稳定中发挥侧向约束作用、支撑作用和护表作用。在成拱过程中,锚杆通过预紧提供侧向约束力,使碎石具有足以成拱的咬合能力。在压力拱形成后,锚杆通过对拱下碎石提供支撑和护表使其平衡,维护压力拱的稳定。锚杆预紧有助于增强侧向约束作用和支撑作用。⑤大范围极破碎岩体加固应围绕压力拱的形成,充分发挥锚杆的侧向约束、支撑和护表作用,包括提高锚杆预紧力、增大锚杆杆体粗糙度、减小锚杆间距、增大托盘尺寸等。

昔格达地层隧道系统锚杆作用效果及作用机理研究

为探明昔格达地层隧道中系统锚杆的作用效果及作用机理,以冉家湾铁路隧道工程为依托,以有、无系统锚杆分别在深埋与浅埋隧道两种工况下建立相应有限元模型,从锚杆轴力、围岩塑性区范围以及围岩变形位移三个方面分析锚杆作用效果并深入探究系统锚杆的作用机理。结果表明:系统锚杆在拱部作用小,在边墙作用相对较好,表现在位移约束与应力补强效果较突出;系统锚杆在昔格达地层中的作用以围岩补强和成拱作用为主。

锚索与锚杆作用机理相同性的探讨

通过锚杆与锚索的外在比较、锚索支护机理的阐述及论证、锚索与锚杆内在破断原因一致性事实的分析,认为锚索具有与锚杆相同的作用机理。

非连续岩体中锚杆横向作用的新研究

采用数值分析软件 ANSYS建立 3D模型 ,分析了锚杆的横向作用机理 .用对比方法分析了加锚非连续岩体与锚杆的错动变形和受力规律 ,模拟了加锚非连续岩体变形过程 ,获得了非连续岩体与锚杆的相互作用规律以及非连续岩体和锚杆的变形规律 .研究发现了剪切时锚杆起“导轨作用”的特殊现象 ,指出其对非连续岩体的稳定性有负面影响 .

公路隧道预设计中系统锚杆配置范围的研究

目前工程类比法被广泛的应用于公路隧道工程设计中,然而部分工程类比的系统锚杆设计与人们在不断的探索与大量的实践中认识到的规律存在较大的分歧与矛盾。分别对公路隧道系统锚杆在硬岩、软岩以及松散土砂中的作用机理和主要作用效果进行研究,并以此为依据,得出不同的研究结论:①在块状硬岩与水平走向的层状硬岩中,锚杆主要为悬吊和缝合固定的作用,分别以提高围岩的内摩擦角和组合梁效应为作用机理,并提出在硬岩中系统锚杆采用局部设置和拱部设置的设计方案;②软岩中系统锚杆以注浆加固、形成承载拱为主要目的,以提高围岩的内聚力,降低承载拱高度为作用机理,并提出在软岩中系统锚杆应在除仰拱外的全断面设置的设计方案;③土砂围岩中,拱部覆土多为不稳定土体,且塌落高度较大,锚杆应以锁脚和稳定掌子面为主要目的,设计方案应以加强支护结构为主,取消或减少拱部系统锚杆,以降低工程造价和尽早地闭合支护结构。

加锚岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验及机理研究

为揭示加锚岩体结构面抗剪强度尺寸效应机理,开展了系列尺寸(100~400 mm)加锚结构面室内剪切试验,对比分析结构面锚固前后抗剪强度及锚杆抗剪力的变化规律,研究了锚杆和结构面的变形破坏特征。研究结果表明:(1)结构面锚固前后抗剪强度均呈负尺寸效应,且尺寸效应随着法向应力增加而逐渐减弱;锚杆抗剪力随着结构面尺寸增加呈非线性增加。(2)锚杆呈“S”形变形特征,变形角度、剪切变形量和轴向变形量随着结构面尺寸增加呈非线性增加;结构面受锚杆挤压发生破裂的程度随着结构面尺寸增加而减弱。(3)引用“锚杆作用面积”概念,结构面尺寸较小时,锚杆作用面积超出结构面产生“边缘效应”,导致锚杆未充分发挥抗剪性能;随着结构面尺寸增大,锚杆性能得到充分发挥,锚杆抗剪力先迅速增加后保持稳定。

拉力型锚杆应力分布的非线性分析

锚杆设计中现在都假定锚固段与土体的粘结力是均匀分布的,而实际工程中的实测数据表明粘结力不是均匀分布的。论文提出锚固段与土体的有限元计算模型,考虑界面的非线性特性,编制了相应的计算程序,得到各级拉力荷载作用下的锚固段与土体之间的粘结力沿锚固段长度的分布情况,这些计算结果与实测数据进行比较,两者结果较为吻合,其结果都显示,随着张拉力的增加,土-锚杆粘结应力峰值逐渐向远端转移,从而验证了数值模型的正确性。

岩块锚固机理的模拟试验研究

为研究锚杆对深部巷道围岩的作用机理,利用自制三轴加载物理相似模拟试验系统,进行了加锚与不加锚完整和预裂岩石试件(400 mm×400 mm×400 mm)的加载对比试验,比较了锚杆预紧力和支护密度对完整和预裂岩石试件的锚固效果,分析了锚杆对完整和预裂岩石试件的作用时机。研究结果表明:无论完整试件或预裂试件,锚杆支护均可提高其峰值强度,尤其预紧力对提高峰值强度的作用明显,对预裂试件峰值强度的提高幅度比完整试件更大。加锚预裂试件相对于无锚预裂试件其应力应变曲线从竖向加载一开始就相对滞后;而加锚完整试件相对于无锚完整试件,从竖向加载开始到试件峰前连续变形阶段,应力应变曲线差别不大,无锚完整试件在达到其峰值强度后,承载力开始下降,而此时加锚完整试件承载力继续增大,只是增速有所减缓。对于预裂试件,锚杆承载具有即时性,即与试件基本同时承载;而对于完整试件,锚杆承载则体现出延时性,即锚杆在岩体发生破坏、产生较大变形后才开始承载。因此,锚杆支护难以阻止巷道围岩的塑性变形和塑性区的形成,深部巷道的围岩控制理念应由变形控制向稳定控制转变。深部巷道锚杆的主要作用一是提高破碎岩体的残余强度,二是阻止破碎岩体裂隙的后续扩张,从而提高围岩的整体性和完整性,达到维护巷道稳定的目的。

浅埋大断面黄土隧道初期支护研究

结合郑西客运专线大断面黄土隧道对比试验,研究分析了浅埋大断面黄土隧道初期支护中锚杆、格栅及型钢钢架的作用以及长期有争议的锚杆作用及钢架类型问题。试验结果表明:有锚杆拱顶沉降值是无锚杆拱顶沉降值的1.7倍,两者的水平收敛、土压力、钢架应力相差不大;格栅和型钢钢架各项试验数值也相差较小。因此,根据分析结果提出了"在浅埋老黄土隧道设计中取消拱部系统锚杆,采用格栅钢架,加强拱部锁脚锚杆设置"的建议。

根据土体位移分析锚固边坡的稳定性

根据土—锚杆相互作用的分析,结合传统的计算边坡稳定的条分法,建立了以土体位移为基本参数的分析锚固边坡的新方法—位移法。用位移法可以算出锚杆在每个阶段位移下的工作力和相应的锚杆工作力极限,在此基础上再用传统的极限平衡法求出锚固边坡的稳定安全系数。根据这些计算和分析给出了对锚固边坡稳定性具有普遍意义的结论。

浅谈超大断面黄土隧道初期支护中的几个问题

本文结合郑西客运专线超大断面黄土隧道工程实践,通过现场科研试验,对浅埋超大断面黄土隧道初期支护中锚杆、格栅及型钢钢架的作用进行了分析,解决了黄土隧道初期支护中长期有争议的锚杆作用及钢架选型问题,其研究结果对今后类似工程的设计具有参考价值。

用位移法分析锚固边坡的稳定性

本文根据土－锚杆相互作用的分析，结合传统的计算边坡稳定的条分法，建立了以土体位移为基本参数的分析锚固边坡的新方法──位移法。 用位移法详细地描述了锚杆中工作力的产生过程和锚杆工作力极限，根据这些分析给出了对锚固边坡稳定性分析具有普遍意义的结论。

锚喷支护在建筑基坑边坡中的应用与探讨

通过基坑边坡锚喷支护工程实例,介绍了锚喷支护的设计、锚杆的作用机理;结合分层施工工艺,分析了锚杆在施工期间的加载受力过程。

厚煤层围岩巷道支护研究

通过对巷道围岩与锚杆锚索相互作用的理论研究,详细分析了锚索锚杆支护下巷道变形量的控制,同时针对厚煤层开采中冲击地压显现等问题,利用FLAC3D数值模拟软件对支护方案进行了优化。结果表明,改进后的“锚杆+钢带+锚索”的支护方案能有效提高围岩的锚固力,使巷道围岩更加稳定,为矿井的生产提供便利。

关于玉溪煤矿3#煤工作面顺槽支护技术工程实践

目前煤炭开采业发展的趋势是"一井一面"或"一井两面"的高产高效综合机械化生产方式,采煤工作面顺槽掘进中锚杆与锚索联合支护技术越来越得到普及和推广,如何发挥锚杆的三大支护作用原理和提高锚索补强支护功能是大采高工作面顺槽掘进支护方案选择的依据。本文通过深入研究与分析比较,根据掘进层位的实际情况不同,提出了大采高工作面顺槽掘进锚杆与锚索联合支护技术,优化采用锚杆+菱形网+钢筋梯子梁+锚索的联合支护形式,并进行了现场工程实践,经过一年多的观察,起到了很好的支护效果并取得了很好的经济效益。