隧道围岩全长黏结式锚杆界面力学模型研究 被引量：35

1

作者 文竞舟 张永兴 王成 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1645-1651,1686,共8页

分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆... 分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆轴向位移的微分方程可得到锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷和锚固界面剪应力的分布函数。然后将锚杆界面剪应力对围岩的支护反力转化为圆形隧道轴对称径向体积力,进而求解有锚喷支护作用下圆形隧道围岩塑性区半径。在此解析模型基础上,可对隧道围岩-支护系统进行详细的分析和评判。算例分析表明,初期支护时机的选择对锚固效应和围岩稳定性有较大影响;适当增加全长黏结式锚杆的锚固层厚度能明显降低锚杆端部剪应力的应力集中度,能有效改善锚杆的锚固效果。 展开更多

关键词 全长黏结式锚杆 界面剪应力 隧道围岩 锚固层厚度 解析法 指数积分函数

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巷道加固体围岩力学特征分析 被引量：15

2

作者 谷拴成 周攀 黄荣宾 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第5期14-21,共8页

为了确定合理的锚杆支护参数,并得到快速评价围岩稳定性的方法,采用均匀化方法,将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,同时将锚杆对围岩的支护作用以附加体积力的形式作用于围岩锚固区。基于弹性力学,分析了锚固体、加固体与围... 为了确定合理的锚杆支护参数,并得到快速评价围岩稳定性的方法,采用均匀化方法,将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,同时将锚杆对围岩的支护作用以附加体积力的形式作用于围岩锚固区。基于弹性力学,分析了锚固体、加固体与围岩协调变形,根据位移等效条件和围岩强度强化理论,推导出了加固体物理力学参数的表达式,在此基础上建立了围岩与加固体协调变形力学模型,将该理论与已有理论和数值模拟进行了对比,研究了不同锚杆支护强度对加固体物理力学参数的影响。结果表明:计算结果与高家美等~[1]的结果相近,与之相比,计算得到的理论解更接近于FLAC^(3D)数值模拟的结果,从而验证了围岩加固体理论的合理性;与锚杆其他参数相比,预紧力、锚杆长度和间排距对围岩加固体参数影响较大。 展开更多

关键词 巷道支护 弹性力学 全长黏结式锚杆 均匀化方法 围岩强度

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高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究 被引量：13

3

作者 王文杰 万浩 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期482-490,共9页

针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC^3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而... 针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC^3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而拱肩和底角处锚杆受到轴向拉伸和横向弯曲的综合作用。随着支护时间的增长,顶板和两帮处锚杆轴力增大明显,但锚杆弯矩较小;而拱肩和底角处锚杆除轴力增大外,其弯矩变化也较大,锚杆弯矩呈现先增大后减小的规律,且弯矩较大的部分主要集中在靠近临空面的外端部,易使锚杆受到横向弯曲的影响而发生弯拉失效。研究结果与现有文献理论研究及现场试验结果相吻合,能为高应力软岩巷道中玻璃钢锚杆及其他黏结式锚杆支护设计和参数优化提供理论指导。 展开更多

关键词 高应力软岩 巷道支护 玻璃钢锚杆 全长锚固 受力特征

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地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法 被引量：13

4

作者 刘国庆 肖明 +1 位作者 陈俊涛 周浩 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期113-119,共7页

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力... 以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据. 展开更多

关键词 地下洞室 全长粘结式锚杆 剪切滑移 应力分布 影响分析 锚固效果

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爆炸动载与预紧力静载下全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究 被引量：11

5

作者 王文杰 宋千强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期140-148,共9页

针对爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆力学响应特征及破坏问题,建立动-静载联合作用下全长锚固玻璃钢锚杆受力分析模型,分析爆破动载下玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力分布特征,研究最大单段起爆炸药量、爆心距、岩体弹性模量对玻璃钢锚杆力... 针对爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆力学响应特征及破坏问题,建立动-静载联合作用下全长锚固玻璃钢锚杆受力分析模型,分析爆破动载下玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力分布特征,研究最大单段起爆炸药量、爆心距、岩体弹性模量对玻璃钢锚杆力学响应特征的影响。结果表明:在爆破动载作用下,全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力均集中出现在锚杆尾部锚固段与自由段交界面附近较小范围内,且最大单段起爆药量对锚杆受力影响显著;锚杆轴向应力和剪切应力随着爆心距的增加快速降低,在爆心距10～15 m范围内锚杆受爆破动载影响最大,易发生尾部杆体断裂破坏;随着岩体弹性模量增大,锚杆轴向应力逐渐降低,但剪切应力先逐渐升高后再缓慢降低。研究结果与现有实验室相似试验结论及现场试验现象相吻合,可以为爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆的支护设计及爆破控制提供依据。 展开更多

关键词 全长锚固 玻璃钢锚杆 爆破动载 巷道支护 受力特征

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围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆岩石锚杆应力分布模式的影响分析 被引量：4

6

作者 朱训国 杨庆 +1 位作者 栾茂田 唐春安 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第A01期2928-2934,共7页

通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任... 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。 展开更多

关键词 岩石力学 垂直地应力 注浆岩石锚杆 摩阻力

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爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积受力特征研究 被引量：1

7

作者 刘超 王文杰 +2 位作者 黄永祥 贾稳宏 朱大铭 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第8期205-213,共9页

针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚... 针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向受力特征,并通过全长锚固玻璃钢锚杆冲击试验结果验证了数值计算结果的可靠性。研究表明:在动载强度不变的情况下,不同爆破次数下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力均沿杆体长度方向呈指数型下降,且锚杆最大轴向应力始终在孔口位置;随着爆破次数的增加,锚杆各部位轴向应力均不断增大,锚杆最大轴向应力增加更为明显,且轴向应力分布范围不断向锚固段深处延伸;随着爆破次数增加,玻璃钢锚杆最大轴向应力持续增大直至破坏,但金属锚杆轴向应力快速增大至一定数值后便趋于平稳,两者具有明显差异性;随着动载强度的增大,玻璃钢锚杆失效前的最大受力次数整体上呈先快速下降后缓慢下降的指数型变化特征。研究结果可为爆破冲击作用下的玻璃钢锚杆支护设计及爆破控制提供理论依据。 展开更多

关键词 多次爆破动载 全长锚固 玻璃钢锚杆 轴向应力 累积受力

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爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆动力响应特征研究 被引量：3

8

作者 王文杰 王照刚 +1 位作者 郑际镜 史志杰 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期898-907,共10页

针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应... 针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应力、剪切应力随时间的变化特征和分布规律;研究爆心距、单次最大起爆药量和围岩弹性模量对锚杆动力响应的影响。结果表明:爆破动载下锚杆轴向应力和剪切应力最大值随单次起爆药量的增加快速增大且随时间呈正弦式变化和衰减,但随爆心距的增加而快速降低;应力作用范围主要集中在锚杆孔口附近的锚固段内且随应力峰值的增大而增长,但随着围岩弹性模量的减小逐渐增大且剪切应力最大值逐渐向锚固段深处移动,表明全长锚固玻璃钢锚杆在爆破动载下发生杆体尾部的断裂破坏或锚杆与砂浆接触面的剪切破坏与围岩性质相关。 展开更多

关键词 锚杆支护 砂浆锚杆 全长锚固 爆破动载 动力响应

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全长粘结岩锚抗拔受力特性 被引量：2

9

作者 胡利文 戴宇文 《水运工程》 北大核心 2005年第9期12-16,共5页

根据锚杆与锚固浆之间界面耦合机理,分析了岩锚抗拔状态下界面剪应力的分布特征。基于变形协调得出小荷载情况下界面剪应力随离锚固受力点距离的增大成指数衰减,并随荷载增加,界面出现4个变形段,分离段和残余变形段随着塑性区开展产生... 根据锚杆与锚固浆之间界面耦合机理,分析了岩锚抗拔状态下界面剪应力的分布特征。基于变形协调得出小荷载情况下界面剪应力随离锚固受力点距离的增大成指数衰减,并随荷载增加,界面出现4个变形段,分离段和残余变形段随着塑性区开展产生非耦应力向远端传递。耦合区界面剪应力分布与小荷载情况不同,其相关模量参数可采用综合折减系数表示。同时,提出了单孔多锚杆受力剪应力衰减模型,并通过试验证示了现场锚杆在荷载逐级加大时,剪应力峰值强度的变化规律。 展开更多

关键词 全长粘结岩锚 受力特性 分析模型 剪应力 抗拔 岩锚 界面剪应力 粘结 全长 锚杆受力

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深部隧硐锚杆支护结构系统中锚杆受力研究

10

作者 朱训国 《金属矿山》 CAS 北大核心 2011年第3期1-6,共6页

依据柏格斯(Burgers)模型,对深部围岩隧硐进行了应力与位移场的解析分析研究,建立了柏格斯模型下隧硐围岩的位移方程、应力方程;基于载荷传递机理,建立了锚杆受力的微分方程,通过求解锚杆受力的微分方程得到了锚杆与围岩相互作用下的轴... 依据柏格斯(Burgers)模型,对深部围岩隧硐进行了应力与位移场的解析分析研究,建立了柏格斯模型下隧硐围岩的位移方程、应力方程;基于载荷传递机理,建立了锚杆受力的微分方程,通过求解锚杆受力的微分方程得到了锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷分布函数。然后对锚杆的轴向受力与摩阻力进行了计算分析,通过结果分析得出:粘弹性围岩中的应力分布与时间无关;隧硐围岩中任一点的位移随时间而增长,同时,随着时间将趋向于一定值;锚杆的受力符合中性点理论。同时,通过分析深部围岩隧硐发生破坏的原因,建立支护结构与围岩共同作用的特性曲线,提出了一种符合NATM核心思想的,能够科学确定支护结构最佳架设或安装施工时间的新思路。 展开更多

关键词 岩石力学 全长注浆锚杆 摩阻力 中性点

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基于渗流作用被锚巷道弹塑性分析

11

作者 樊琪 李红霞 李晓栋 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第3期475-482,共8页

为研究渗流作用下全长黏结锚杆支护巷道围岩应力与位移分布,通过将巷道围岩视为均匀、连续的多孔介质,锚杆对围岩的支护反力与渗流作用力转化为圆形巷道轴对称径向体积力并同时作用于应力场,考虑锚杆对围岩参数的强化,建立力学模型,采... 为研究渗流作用下全长黏结锚杆支护巷道围岩应力与位移分布,通过将巷道围岩视为均匀、连续的多孔介质,锚杆对围岩的支护反力与渗流作用力转化为圆形巷道轴对称径向体积力并同时作用于应力场,考虑锚杆对围岩参数的强化,建立力学模型,采用弹塑性分析方法,推导了围岩应力与位移弹性解析解和基于Mohr-Coulomb屈服准则的塑性解析解,求得巷道围岩塑性区半径和洞壁位移表达式,在此基础上可对理解渗流作用下锚杆支护巷道进行分析判断。结果表明:本文计算的理论解与FLAC^(3D)数值模拟结果相近,从而验证了本文理论的合理性;通过算例,考虑渗流作用对塑性区范围和洞壁位移影响更严重;锚杆长度和预紧力与塑性区范围和洞壁位移成反相关关系,锚杆排距与塑性区范围和洞壁位移成正相关关系。锚杆支护参数对支护效果更敏感。在相同的条件下,考虑渗流需要锚杆提供更大的锚固力。为避免渗流作用引起巷道失稳,可合理增大锚杆长度,缩小锚杆排距,增大锚杆预紧力。 展开更多

关键词 巷道 全长黏结锚杆 渗流作用 围岩强化 弹塑性分析

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考虑开挖面效应的黏结式锚杆锚固效应分析

12

作者 崔岚 廖哲贤 +2 位作者 董友扣 杨文钰 周亮梅 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2023年第11期146-156,共11页

【目的】为简化计算,在针对全长黏结式锚杆-围岩支护相互作用方面的理论研究中,通常将围岩视为弹性体、将杆体视为刚性、或将锚杆与砂浆界面接触视为刚性,与实际不相符。【方法】针对于此,根据力学假定提出锚杆-围岩分层简化力学模型,... 【目的】为简化计算,在针对全长黏结式锚杆-围岩支护相互作用方面的理论研究中,通常将围岩视为弹性体、将杆体视为刚性、或将锚杆与砂浆界面接触视为刚性,与实际不相符。【方法】针对于此,根据力学假定提出锚杆-围岩分层简化力学模型,基于岩体屈服准则与流动法则,采用应力平衡与位移协调方程,给出改进的考虑隧道开挖面效应下的锚杆-围岩作用弹塑性解,该解法可用于预测隧道锚杆的受力状态与支护效果。之后,依托隧道工程实例对该解法进行验证,探讨了界面剪切刚度、岩体峰后应变软化特性、锚杆托盘刚度对锚杆支护效应的影响。【结果】在分析中发现,围岩应变软化行为对锚杆支护效应影响较为显著,在锚杆支护设计中应考虑到围岩的应变软化行为。在高应力条件下,锚杆托盘刚度在一定程度上影响了锚杆的失效形式,当远端处于塑性区域内部时,增大锚杆界面剪切刚度可有效加强锚杆控制效果。【结论】研究提供的计算程序可对系统锚杆支护的整体支护效果进行有效预测,为支护结构设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 围岩 开挖面效应 全长黏结式锚杆 锚固效应 隧道

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全长粘结岩石锚杆拉拔数值模拟 被引量：13

13

作者 张凯 杨庆 +1 位作者 蒋景彩 孙亚军 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期710-714,共5页

岩石锚杆已经在岩体边坡和隧道开挖加固中得到了成功的应用,但锚杆锚固段内的具体受力分析仍然没有得到清楚的解决.从锚固段受力连续性理论出发,采用界面剪应力重分布假设,定义出剪切刚度的软化曲线,并利用ABAQUS软件自带的弹簧模型,对... 岩石锚杆已经在岩体边坡和隧道开挖加固中得到了成功的应用,但锚杆锚固段内的具体受力分析仍然没有得到清楚的解决.从锚固段受力连续性理论出发,采用界面剪应力重分布假设,定义出剪切刚度的软化曲线,并利用ABAQUS软件自带的弹簧模型,对典型拉拔试验进行了数值分析,表明多种因素通过改变砂浆层的尺寸和强度对锚杆最大拉拔荷载产生影响.与实际试验结果相比,数值解和实测值有相当的一致性. 展开更多

关键词 全长粘结岩石锚杆 拉拔荷载 弹簧模型 数值模拟

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