不同侧压系数下锚杆锚固失效及应力变化规律研究

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随着浅部煤炭资源的枯竭,井工开采深度越来越大,深部岩层高地应力、高岩溶水压、高地温和强烈开采扰动的复杂地质环境,给现有锚固技术带来了巨大的挑战。因此,对深部巷道围岩复杂应力条件的锚固破坏规律进行研究,为深入研究深部锚固支护技术,提高支护体强度具有重要意义。通过对深部岩体的变形性质及工程力学特点进行研究,了解巷道围岩的变形特性;分析深部岩层的地应力特点,掌握地应力变化规律,然后总结锚网失效模式,熟悉锚固破坏模式及影响因素。根据这些研究和探讨,采用室内实验及理论分析的方法,对深部复杂应力条件下锚固失效及应力变化规律进行研究。得到如下结论:(1)围岩体内部锚固失效形式以锚杆-锚固层界面脱粘为主,部分伴有局部锚固层破碎及锚固层-钻孔壁脱粘,且锚固破坏主要发生在锚固层与锚杆结合面及其内侧。(2)组合与整体式锚固荷载曲线峰后段出现不同的变化趋势,组合式锚固峰后荷载急剧下降然后趋于一个较小的稳定值;整体式锚固达到最大值后,保持在最大荷载并出现小范围波动。研究表明,这种差异与围岩体对界面的约束是否解除有关;根据对界面脱粘的力学分析,证明了锚固力变化与围岩应力存在的关系,并依此得出其对锚固力影响的力学机理。(3)侧向荷载影响锚固效果,围岩应力均匀且稳定时,锚固层发生弹性变形,侧向荷载产生的径向应力增加锚固界面摩擦以增大锚固力;应力处于不稳定状态时,产生应力集中等现象,锚固体易产生局部破坏,最终影响锚固效果。研究表明,根据围岩应力条件和支护要求,合理选择锚固形式,有助于避免锚固体失效。(4)根据界面力学分析,将锚固界面的变化过程分为弹性、塑性和脱粘变形三个阶段,通过各界面的力学特性研究,确定了实验条件下有效提供锚固力的区域为塑性变形段。(5)通过锚固体微元建立平衡方程,应用库伦屈服条件和非关联流动法则,计算得出锚固界面的剪应力和轴力的分布模型。
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