树脂锚杆锚固段剪应力分布及其损伤模式分析

为了分析树脂锚杆锚固段剪应力分布及其承载、损伤机理,提高树脂锚杆支护在煤矿现场应用的有效性,首先根据煤矿树脂锚杆的围岩环境和受力特点,基于集中载荷作用于半无限体表面和无限体内部的弹性力学解得到了树脂锚杆在非锚固段围岩破碎和完整时的锚固段锚固界面剪应力计算式,分析了锚杆杆体拉力在锚固段锚固界面的剪应力形成机理;然后采用FLAC数值模拟软件模拟了树脂锚杆锚固段的承载及变形,得到了树脂锚杆在一定载荷和围压作用下锚固界面塑性发展趋势;最后以混凝土试块模拟围岩,并在混凝土试块预留孔中锚固了树脂锚杆进行实验室拉拔试验,得到了树脂锚杆锚固段剪应力分布及其增加趋势.结果表明,树脂锚杆剪应力开始时呈负指数形态分布,随着锚杆拉应力的增大,锚固起始端剪切破坏剪应力降低,无围压时峰值剪应力迅速向较深部锚固界面移动并锚固失效,有围压时锚固界面在锚固起始端剪切破坏后仍有较大的锚杆拉应力发展范围.     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。     

地应力作用下裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响

为深入了解裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响,采用将锚杆预应力在裂隙围岩中形成的应力场-锚杆预应力场从围岩应力场中分离出来的方法,系统地研究了地应力作用下裂隙位置、长度和倾角对锚杆预应力扩散机制的影响。研究发现:裂隙长度对锚杆预应力场的影响最显著、次为倾角、再次为位置。裂隙长度存在阈值;随其长度增加,拉、压应力峰值区位置发生转移,拉应力峰值单调增加,压应力峰值则先增大再减小。随裂隙向围岩深部移动,拉、压应力区位置发生互换,拉、压应力峰值总体呈减小趋势。裂隙倾角90°时的锚杆预应力场与30°~75°时的显著不同;随裂隙倾角增大,拉应力峰值按减小→增大→减小的规律变化,压应力峰值先减小再增大。     

三软煤层巷道锚网喷联合支护的数值模拟

通过数值模拟软件FLAC3D对梁家煤矿三软煤层4105工作面巷道锚网喷联合支护效果进行数值模拟,分析了联合支护后围岩位移应力分布和混凝土喷层及锚杆的力学特性.研究结果表明,三软煤层巷道锚网喷联合支护,有效地改善了围岩的应力状态,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,但巷道底鼓较为明显,两帮锚杆承载明显大于顶板锚杆,底角锚杆最大,应确保底角锚杆的锚固效果,以限制底板和两帮的变形.锚网喷联合支护适应三软煤层变形特征,维持了巷道围岩稳定,满足梁家煤矿安全生产需要.     

基于载荷传递机理的注浆岩石锚杆锚固模型(Ⅰ)

为了进一步研究隧洞等地下工程中锚杆支护锚固机理,根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程,同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷的传递方程,结合圆形隧洞围岩的径向变形方程,推导了理想弹塑性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型,以及锚固段与围岩体界面之间的摩阻力的计算模型.通过对比工程实测结果与模型计算结果,验证了所建立的模型的正确性,同时也验证了巷道锚杆支护中性点理论的合理性与正确性.     

煤层巷道锚杆支护稳定性数值模拟研究

锚杆支护的作用在于加大巷道围岩的围压，从而提高围岩的强度而保持其稳定性。我国大多数矿井进行锚杆支护设计多以经验方法为主，具有一定的局限性，很难满足生产上的要求。本文采用FEM和BEM耦合算法，对木城润煤矿540203工作面顺槽、切巷和 570二石门三槽煤巷、切巷两种条件下锚杆支护试验巷道的围岩应力、变形及破坏规律进行的数值模拟研究，分析了锚杆支护巷道应力变化及可能发生的力学效应，为合理进行锚杆支护设计提供了依据。     

考虑预应力作用的土钉复合锚杆支护结构的稳定性分析

基于边坡圆弧滑动破坏,根据极限平衡理论和条分法,建立附加应力作用下边坡的稳定性分析模型.将锚杆预应力作为集中力考虑,估算预应力在支护边坡土体中引起的附加应力,从而将锚杆预应力的作用转化为了附加应力的作用.将土钉复合锚杆支护结构中锚杆和土钉的作用划分开来,在稳定性分析和计算中忽略锚杆附近一定范围内的土钉,作为安全储备;该范围以外土钉的作用在计算中予以考虑.该范围内的土体是受到预应力作用的土体,从而结合已有的土钉墙的稳定性分析方法和本文考虑预应力作用的锚杆支护边坡的稳定性分析方法,建立土钉复合锚杆支护边坡的稳定性分析模型,给出土钉复合锚杆支护边坡的安全系数计算公式.该方法同时考虑了锚杆的预应力作用和未受影响的土钉的作用,使得在土钉复合锚杆支护边坡的稳定性分析中能够给出定量结果.     

基于数值模拟的锚杆锚固端力的传递机理研究

文章首先指出锚杆锚固端的剪应力是非均匀分布的,其分布是一个随锚杆破坏而变化的过程。树脂的破坏首先从锚固段的自由端一侧开始,随后随着围岩变形逐渐向锚固端一侧发展直到完全破坏。文章根据FLAC 3D的模拟结果,总结了锚固端各测点的位移、轴向应力和剪切应力随着在锚杆破坏过程中的变化规律。锚杆的拔出过程是逐渐滑移到突然整体失稳的过程。     

基于弹性理论的拉力型锚杆锚固段应力分布规律研究

视锚杆和周围介质为弹性材料,在弹性半空间里,利用Mindlin位移解,根据拉力型锚杆实际工作状态,推导出拉力型锚杆锚固段轴向应力和弹性粘结应力分布的方程．并分析相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的分布的影响,得出影响较大的几个因素,为拉力杆的力学分析和工程设计提供理论依据．     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

基于差分法的锚固体抗拔机理的分析

在岩土工程中施加各类加固锚件以改善岩体工作条件、提高岩体的稳定性已成为岩体施工中增稳的主要措施.研究了全灌浆岩锚的锚固特性.应用Mindlin问题的位移解和有限差分法研究了基于抗拔作用的拉力型和压力型锚杆荷载传递机理,利用差分法推导了锚固体与岩体之间的剪应力沿锚固长度分布规律的计算式,通过算例分析了锚固体轴力及其表面剪应力沿锚固体长度的分布规律及其影响因素,为岩土工程锚固的进一步分析和设计提供理论依据.     

用人工神经网络方法辨识岩体力学参数

研究了用人工神经网络辨识岩石工程岩体力学参数的基本原理、网络结构、网络训练样本的获得及网络训练方法·在此基础上,提出了用人工神经网络辨识岩石工程岩体力学参数的方法和步骤,并给出了一个参数辨识实例·结果表明,依据巷道变形观测,用神经网络辨识岩石工程岩体力学参数是可行的·该方法为研究岩体物理力学性质参数和岩石工程初始地应力条件提供了一个有效途径,尤其适用于软岩情况下岩体力学参数的辨识·     

NPR锚杆/索围岩动力响应数值模拟分析

为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿釆区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支护方案的数值模型,对比分析动荷载下硐室围岩以及锚杆的受力、位移情况.结果表明:25MPa冲击荷载下,25根PR支护锚杆/索中21根已失效,围岩大面积失稳,耦合墙出现严重变形,硐室呈现内凸弧形变形破坏.而相同条件下,NPR锚杆/索均未失效,硐室围岩稳定性保持良好.     

火山岩力学特性试验研究

对取自松南气田营城组的流纹岩和凝灰岩开展室内岩石力学试验研究,得到了流纹岩不同亚相和凝灰岩在不同围压下的应力-应变曲线;在此基础上分析火山岩变形破坏的特征。火山岩的CT图像显示,随着流纹岩亚相的变化,岩石内的孔隙和微裂纹发育程度发生变化,上部亚相气孔较发育、中部亚相次之、下部亚相气孔发育较少。试验结果表明上部亚相、中部亚相和下部亚相的单轴抗压强度、弹性模量依次增大。凝灰岩在围压下的岩石力学特性遵循脆性岩石的普遍规律;但是由于非均质性、各向异性的影响,凝灰岩的抗压强度和弹性模量随着围压的增大出现波动。流纹岩在单轴条件下表现为沿轴向的劈裂破坏;凝灰岩在围压下的微裂纹起裂方向与轴向存在夹角,最终形成与轴向存在一定夹角的宏观破坏面。火山岩在压缩破坏过程中所产生的应变很小;而且岩石强度和弹性模量较高,这会造成水力压裂过程中的破裂压力梯度高,难以形成裂缝。     

小净距隧道在不同开挖方式下的力学效应分析

结合某公路隧道出口端隧道间距较小的实际情况，运用数值计算的方法，对软岩条件下小净距隧道在不同开挖方式下达到稳定后围岩和复合衬砌的力学效应进行了分析，同时，考察不同净距对中夹岩墙塑性区的影响。结果表明：施工小净距隧道应慎重选择后继施工隧道的开挖方式；后继隧道施工的开挖方式直接对先行既有隧道锚杆、喷射混凝土和二次衬砌应力状态产生很大影响；中夹岩墙塑性区大小与净距紧密相关，同时，隧道埋深和围岩类别也是影响塑性区大小的重要因素。     

深埋垂直板裂结构岩体中洞室失稳破坏机制

采用RFPA数值模拟软件对深埋垂直板裂结构岩体中洞室围岩失稳破坏过程进行了模拟,研究了在不同侧压力系数条件下板裂围岩的失稳破坏特点,并与完整岩体中相同条件下的洞室的失稳破坏情况进行了对比.研究结果表明,侧压力系数对深埋垂直板裂结构洞室围岩的破坏形式具有重要影响,边墙岩柱的溃屈失稳破坏发生在侧压力系数小于1的情况;当侧压力系数大于1时,破坏集中发生在拱顶和隧道底部,边墙岩柱不发生溃屈破坏.指出梁板理论应用于板裂结构岩体洞室稳定性评价的局限性.在深埋情况下,洞室围岩的破坏以应力控制为主,结构面的影响居于次要地位.     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.