地下工程预应力锚杆支护数值模拟分析

【摘要】：预应力锚杆支护作为一种高效、经济的硐室加固技术,已日益广泛地应用于各类地下工程加固中。由于预应力锚杆加固围岩的作用机理比较复杂,到目前为止,对预应力锚杆作用机理的研究仍处于探索阶段,还没有形成系统的理论体系,预应力锚杆支护设计也主要依靠工程类比法来实现,理论严重滞后于实践,尤其是在煤矿巷道支护中表现得尤为突出。本文根据煤矿巷道的围岩特点,利用预应力锚杆支护具有早承荷、快承荷、可充分调动围岩自承载能力的特点,对煤矿中的采准巷道进行预应力锚杆支护研究。实践表明,当锚杆施加一定预应力后,锚固顶板可形成组合梁结构,减少顶板拉应力区和顶板变形,并改善围岩应力分布状态,提高巷道的稳定性。 本文根据采准巷道的特点,建立了多个数值计算模型,利用有限元计算软件ANSYS对不同支护参数下的采准巷道进行了数值模拟研究,得到了预应力锚杆支护条件下巷道的变形和围岩应力分布特征,根据定义的安全系数,可判定围岩的破坏区域和破坏程度。最后结合枣庄和肥城矿区的工程实例,通过数值计算分析,确定了预应力锚杆支护的基本参数,并对现场巷道支护方案进行了工程设计。