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不同锚固长度下锚杆锚固特性研究

李海洋  
【摘要】:锚杆是巷道稳定性控制中重要的支护构件,但由于锚固工程本身的复杂性和多样性,导致目前锚固设计理论以及计算方法都不够完善。拉拔试验作为检测锚杆锚固能力的重要手段在矿井支护中得到广泛应用,本文在实验室通过拉拔试验针对锚固段不同长度时锚杆受力特征、锚固界面力学模型以及围岩受力等方面展开研究工作。明确锚杆受力介质及力的传递形式,基于锚杆的剪切-位移模型和Kelvin问题模型对锚杆弹性变形阶段荷载分布进行解析分析,得到两种模型下剪应力及轴力的数值解析式,对比两种模型剪应力和轴力在锚固段的分布趋势,认为剪切-位移模型更加符合现场实际。通过拉拔试验和数值模拟两种研究手段分析单根不同锚固长度锚杆在张拉荷载作用下的受力状态,试验结果表明:(1)锚杆失效存在两种破坏形式:界面滑移失效和锚杆断裂失效;锚杆断裂失效时存在三个变形阶段:弹性变形阶段、屈服阶段和强化阶段,锚杆锚固长度越长,锚杆变形量越小。(2)锚杆轴力、界面剪应力呈非均匀分布状态,试验结果与理论分析拟合较好。(3)不同锚杆失效形式围岩应力分布状态有所差异,表现为:弹性阶段且未发生滑移时,混凝土表现为受压状态,当发生滑移破坏时,混凝土应力表现为受拉,当发生破断破坏时,混凝土大部分部位表现为受压。(4)指出锚杆存在临界锚固长度,得到剪切-位移模型界面剪切刚度计算方法,推导临界锚固长度的解析解及锚杆合理锚固长度。


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