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膨胀锚杆结构与性能研究

颜建成  
【摘要】: 锚杆支护技术是岩土工程加固的一种重要手段。近十几年来,锚杆支护技术以其独特的效应、简便的工艺、广泛的用途和经济的造价,在岩土加固领域中显示出越来越旺盛的生命力。目前不仅广泛应用于矿山工程,而且也推广应用于冶金、水利水电、铁路公路、土木建筑等工程之中,具有良好的应用前景。 本文中所提出的膨胀锚杆是一类新型的、锚固机理独特的摩擦型锚杆,其锚固作用形式不同于现有的锚杆,克服了现在常用锚杆的不足以及对软岩和大变形巷道适应性差的缺陷,实现了刚性与柔性、膨胀与摩擦力持续作用的有机结合,锚杆重量轻、安装使用方便,因此,本研究具有重要的学术意义和工程意义,同时也具有良好的经济和社会效益。 作者首先调研、分析了围岩运动变形机理和锚杆支护技术理论,并在此基础上总结了岩土锚固对膨胀锚杆的性能要求,根据现有的开采技术条件,结合国内外锚杆支护的经验和成功范例,初步确定了膨胀锚杆的支护设计参数,如:锚杆长度,杆体直径等;其次,在综合考虑橡胶和钢板等材料的力学与化学性能以及加工性能的前提下,筛选确定了膨胀锚杆的结构型式、选用材料,并制定出其加工制造方法;进而,运用材料力学和弹性力学等理论分析方法,通过数值计算的方式对膨胀锚杆的受力、变形和杆体强度等性能参数进行理论分析,指导优化了锚杆设计与加工制造;最后,利用实验测试了膨胀锚杆的各种性能参数,检测锚杆性能,验证锚杆材料、结构和锚固作用机理,佐证膨胀锚杆的支护效果,并且,结合理论分析和实验测试,研究了锚杆的失效形式,为工程应用奠定了基础。 理论分析、数值计算和实验结果表明,膨胀锚杆能对围岩发挥有效的锚固作用,克服现在常用锚杆对软岩与大变形巷道适用性差的缺陷。锚杆结构合理,性能可靠。 在完成本研究的过程中,作者发现膨胀锚杆研制和锚固机理研究是一项艰巨的工作,涉及材料、机械、岩土工程多个学科。受性能、使用、加工与价格等众多因素的影响,还存在一些不足,有待于做更深入地理论和实验研究。


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