中间主应力影响下加锚试样应力-应变曲线特征参数分析

为探究锚杆加固、中间主应力和岩石强度对试样应力-应变曲线特征参数的影响,采用电液伺服双轴压缩试验机对不同中间主应力影响下无锚和两种强度的加锚类岩石试样的应力-应变曲线特征参数进行了试验研究。研究结果表明:加锚能够提高试样刚度和降低试样脆性,单轴抗压强度UCS=25.4 MPa的试样加锚后的刚度角、强化角和韧度角分别提高1.36%、0.89%和50.8%,脆度角和软化角分别降低0.2%和1.43%。中间主应力增加能够提高试样强度和刚度、降低试样脆性,中间主应力由4.44 MPa提高到17.78 MPa时,UCS=25.4 MPa的加锚试样屈服强度、峰值强度和残余强度分别提高94.2%、41.89%和20.16%;刚度角、强化角和韧度角分别提高1.69%、0.76%和74.21%;脆度角和软化角分别降低2.96%和2.44%。岩样强度提高对试样刚度和脆性有显著提升作用,和UCS=23.8 MPa的加锚试样比,UCS=25.4 MPa的加锚试样的刚度角、脆度角、强化角和软化角分别增加1.18%、0.72%、1.28%和3.95%,韧度角降低46.8%。研究结果促进了对中间主应力影响下加锚围岩强度和变形规律的认识,对巷道稳定性控制和灾变防控具有一定的参考作用。

锚杆锚固中导波传播的数值模拟

根据锚杆的锚固机制,建立锚固体系模型,并由导波的传播特性提出把锚固锚杆作为波导来处理的思想。在此基础上,推导出轴对称纵向导波在锚固锚杆中传播的频散方程,给出频率与相速度的关系,并绘出频散曲线;通过高、低频导波优化模拟的结果,得出激发频率为75kHz的低频导波可清晰识别出锚杆锚固段上界面的反射波,根据反射波的时间和波速就可以计算出锚杆的有效锚固长度;激发频率为2MHz的高频导波可看到锚固锚杆的底端反射波,根据反射波和入射波幅值之间的关系可计算出导波在锚固锚杆中传播时的衰减系数,根据该系数就可以对锚杆的锚固质量进行评价。

电磁法检测锚固质量初探

近年来 ,锚杆、锚固质量的无损检测技术得到了较快的发展 ,目前的研究主要集中在应力波反射法上 ,但该方法还需要进一步的研究 ,以解决应力波反射信号变弱甚至消失后的问题。本文讨论了一种新的锚固质量无损检测方法———“电磁法”。在最简化物理模型基础上推导出对锚杆加载交变电流时地面磁感应强度分布规律的公式 ,据此正演计算并作出了几组磁感应强度归一化曲线 ,提出磁感应强度曲线计算机拟合反演方法可望检测出空锚段比例和空锚段的位置 。

分段锚预应力锚杆加固围岩力学分析

基于端锚锚杆支护的优越性和围岩破坏分区及破坏深度逐步向深部发展的规律,针对煤矿深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均,抗剪切承载能力低,而端锚锚杆无法适应其大变形缺点的问题,建立了两段锚预应力锚杆支护模型。运用理论计算和数值模拟的手段研究了两段锚预应力锚杆锚固段的受力特征和承载能力,并进行了算例对比分析。结果表明:两段锚分区锚固的支护方式明显改变了加长或全长锚固锚杆锚固段的剪应力曲线变化趋势,使原本呈负指数变化趋势的剪应力曲线变得平缓,提高了锚杆锚固段的剪切承载能力;在相同预紧力作用下,与端锚锚杆相比,明显降低了锚杆锚固段的荷载和剪切应力;在不同预紧力下,两段锚预应力锚杆的两锚固段可分别起到围岩不同变形时期端锚锚杆的支护作用,继续发挥端锚支护的优越性。

锚固硐室在顶爆作用下加固效果及机理数值模拟

针对硐室经常会受到各种动载作用问题.采用动态数值模拟软件,研究了锚固硐室在顶爆作用下的抗爆加固效果,并对加固机理进行了分析.通过对比拱顶同一位置的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果比较可靠.对比毛硐和锚固硐室的拱顶位移,发现经过锚杆加固硐室拱顶位移有明显的减少.通过对比毛硐和锚固硐室裂纹分布,得到毛硐的裂纹明显比锚固硐室分布广、宽,说明锚杆的抗爆效果比较好.根据锚杆锚头位置轴应力时程曲线,可以知道锚杆支护能够起到抗爆加固效果.

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.

考虑通氧环境的预应力锚杆腐蚀损伤时变特征

预应力锚杆因出色的维稳能力及巨大的经济效益,在岩土锚固工程中扮演着重要角色。然而,预应力锚杆的长期性能常因周围恶劣岩土环境的腐蚀而不断退化。为了探究预应力锚杆在模拟岩土环境中的锈蚀机制,通过开展室内加速腐蚀试验,基于电化学阻抗谱及电化学极化曲线分析了处于弱酸、通氧条件下的预应力锚杆腐蚀损伤时变行为,以及该环境下预应力锚杆锚固力与腐蚀速率的关系。结果发现,试验过程中预应力锚杆均未出现明显钝化,浸泡前期处于未通氧环境下预应力锚杆的电化学阻抗谱为一半径很大的容抗弧,预应力锚杆腐蚀不明显,锈蚀受电荷传递控制,中后期阻抗逐渐减小;低通氧速率下预应力锚杆腐蚀由电荷传递与扩散过程联合控制;高通氧速率下预应力锚杆腐蚀受扩散控制作用随通氧速率增大稍有提前。预应力锚杆的耐蚀性随通氧速率增大并非一直降低,本次试验中锚固力损失与腐蚀速率相关性较小。

巷道节理化软岩特征曲线数值模拟与锚注加固

采用离散元方法对节理化软岩巷道在未加固、拱墙锚注加固、全断面锚注加固时的围岩特征曲线进行了数值模拟分析,得到了3种情况下的围岩特征曲线。对特征曲线分析表明:施加拱墙加固时,巷道拱部和墙体部位围岩稳定性得到明显改善,但底板稳定性差。全断面加固后巷道各部位围岩稳定性都得到了改善,支护效果优于拱墙加固,因此全断面锚注加固是一种值得推广的技术手段。对巷道围岩应力场分析揭示了锚注加固的机理,通过锚注加固使围岩结构面得到强化,围岩结构面黏聚力和内摩擦角增大,拟制了结构面的张开与滑移,有利于围岩块体通过挤压作用形成压力拱结构,增强和发挥了围岩自承能力。

抗拔锚杆荷载-位移曲线拟合模型对比

研究抗拔锚杆荷载-位移曲线(P-S曲线)的基本特征,从岩体的性质出发,分析曲线两种类型的发展趋势。基于锚杆P-S曲线的特征,从理论上验证双曲线模型、指数模型、幂函数模型的可行性,并在Pu2处(即极限承载力12处)比较3种模型的优缺点。结合3种模型分别对现场实测数据进行拟合,进一步验证各模型的精确度和适用性。结果表明:幂函数模型拟合精度最高,适用范围广,指数模型次之,双曲线模型相对较差;抗拔锚杆P-S曲线的陡峭程度与幂函数的上凸指数有关,上凸指数介于0.75~1时曲线呈陡峭型。建议根据实际岩体性质判断曲线类型选择合适的数学模型进行描述,描述锚杆P-S曲线时优选幂函数模型。

基于改进指–幂混合函数模型的锚杆承载力预测方法研究

针对不能准确地区分弹性与弹塑性阶段数据,以及难以测量较多破坏阶段数据的实际情况,一个受破坏阶段和弹性阶段数据影响较小、模拟锚杆荷载P–位移S曲线效果较好、预测锚杆极限承载力破坏值准确度较高的模型是非常重要的。分析双曲线、指数和幂函数3种模型,对3种模型的结构共性进行总结,提出一种可以用来模拟锚杆P-S曲线的通用函数模型框架,并从实际的锚杆P-S曲线的特点出发,构建基于通用函数模型框架的锚杆P-S曲线的数学函数模型。针对指数函数模型精度差的缺点,使用函数模型框架对指数函数模型进行改进,改进后的模型精度得到很大提高;分析调整双曲线和修正双曲线模型,使用通用函数模型框架构建一种由改进指数和幂函数组和而成的混合函数模型。通过实际的工程案例验证,改进指–幂混合函数模型不仅是模拟锚杆P-S曲线精度较高的模型,而且是预测锚杆极限承载力破坏值误差较小的模型,受弹性阶段和破坏阶段数据影响较小。

锚杆加固作用下圆形隧道复合岩体围岩特征曲线解析方法研究

传统收敛约束法中通常将锚杆作为支护结构求解独立的支护特征曲线,但是锚杆无法构成单独的支护体系,需和围岩共同作用形成承载体系。基于隧道开挖弹塑性力学解析解,考虑锚杆对围岩的加固效应,通过均匀化方法,推导了锚杆加固作用下的圆形隧道复合岩体围岩特征曲线解析解。将所推导的解析解与数值计算结果进行对比,结果表明:推导的锚杆加固作用下复合岩体围岩特征曲线解析解与FLAC^(3D)计算结果吻合较好,说明将锚杆与围岩作为复合承载体系是合理的,同时说明该方法的准确性。通过对比有无锚杆支护状态下的围岩特征曲线,说明了锚杆对围岩变形具有较好的控制作用。该解析解考虑锚杆的预应力和支护时机,为锚杆加固作用下的隧道稳定性分析提供了相对简单快速的计算方法。