【摘要】：節(jié)理巖體是工程中經(jīng)常遇到的一種復(fù)雜巖體,節(jié)理面的存在破壞了巖體的完整性和連續(xù)性,削弱了巖體強(qiáng)度,在外力作用下,節(jié)理巖層易發(fā)生張開(kāi)和滑移錯(cuò)動(dòng)等變形,目前節(jié)理巖體的錨固機(jī)理還沒(méi)有被人們充分理解,對(duì)節(jié)理巖層錨桿應(yīng)力分布規(guī)律及桿體承載特性、錨桿-樹(shù)脂錨固劑-圍巖相互作用方面的問(wèn)題需要更深入地研究,因此開(kāi)展節(jié)理巖層預(yù)應(yīng)力錨固體承載特性方面的研究,對(duì)于提高節(jié)理巖體穩(wěn)定性具有重要意義。本文采用理論分析、物理模擬和數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和工業(yè)性試驗(yàn)相結(jié)合的方法,圍繞節(jié)理巖層不同錨固形式下的桿體受力展開(kāi)研究。論文研究的主要工作如下:(1)分析了不同階段錨桿荷載的傳遞路徑,基于彈性理論建立了樹(shù)脂錨固體施加預(yù)應(yīng)力階段和節(jié)理巖層張開(kāi)變形階段的力學(xué)模型,推導(dǎo)并求出了不同錨固長(zhǎng)度下的桿體拉應(yīng)力和剪應(yīng)力分布的公式,取特定的參數(shù)對(duì)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證,繪制出了不同錨固形式錨桿的應(yīng)力分布曲線(xiàn)。(2)運(yùn)用FLAC3d建立了節(jié)理巖層預(yù)應(yīng)力錨固體的實(shí)體單元模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的錨桿拉拔試驗(yàn)得到了所選材料的參數(shù),在驗(yàn)證模型參數(shù)正確的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了施加預(yù)應(yīng)力階段、節(jié)理巖層受力張開(kāi)變形階段、節(jié)理巖層滑移階段端錨、加長(zhǎng)錨、全錨狀態(tài)下的桿體受力特征。(3)桿體預(yù)應(yīng)力分布規(guī)律表明:全錨錨桿預(yù)應(yīng)力不易擴(kuò)散、易引起端頭應(yīng)力集中;而加長(zhǎng)錨和端錨狀態(tài)下的巖體壓應(yīng)力區(qū)在自由段呈梨形分布,應(yīng)力擴(kuò)散較遠(yuǎn)。節(jié)理巖層受力張開(kāi)變形階段:端錨錨桿對(duì)節(jié)理的張開(kāi)感知度最低,不能及時(shí)增阻克服巖層的離層;加長(zhǎng)錨錨桿對(duì)節(jié)理巖層的離層最敏感,能及時(shí)增阻抑制節(jié)理巖層的離層,提高支護(hù)剛度。節(jié)理巖層滑移階段:端錨錨桿不能及時(shí)阻止巖層的滑移,在巖層剪切位移達(dá)到一定值后桿體才有受力反應(yīng),支護(hù)系統(tǒng)剛度低;加長(zhǎng)錨和全錨錨桿對(duì)剪切位移的發(fā)生很敏感,能及早地阻止節(jié)理巖體的剪切滑移。相比端錨錨桿,加長(zhǎng)錨和全錨可以緩解節(jié)理巖體中的應(yīng)力增加,更好地控制節(jié)理巖層的滑移;同理錨桿與節(jié)理面保持一定的夾角控制節(jié)理巖層滑移的效果也比錨桿與節(jié)理面垂直情況下更好。(4)通過(guò)分析總結(jié)前面的研究結(jié)果,提出了節(jié)理巖層錨桿支護(hù)的關(guān)鍵性控制技術(shù),結(jié)合井下測(cè)力錨桿實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了桿體內(nèi)的應(yīng)力分布規(guī)律,對(duì)一礦81303回風(fēng)巷提出了合理的支護(hù)方案,并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文3 節(jié)理張開(kāi)變形時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固體受力特征分析3 Mechanical Characteristic of Pre-stressed BondedRockbolt Induced by Joint Opening3.1 錨 桿 拉 拔 的 物 理 模 擬 (Physical Modelling of RockboltPull-out)為了模擬節(jié)理張開(kāi)變形過(guò)程樹(shù)脂錨固體的受力特征，需要對(duì)錨桿、托盤(pán)、錨固劑的具體參數(shù)進(jìn)行確定，基于樹(shù)脂錨桿的現(xiàn)場(chǎng)錨固環(huán)境，選用錨桿、錨索臥式拉拔試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)主要構(gòu)件如圖 3-1 所示，實(shí)驗(yàn)選用的錨桿規(guī)格為 20mm×2m 的左旋螺紋鋼錨桿，鋼管用來(lái)模擬圍巖與藥卷的錨固，內(nèi)徑為 28mm，長(zhǎng)度為 600mm，托盤(pán)規(guī)格為 115×115×10mm 的鐵托板，，實(shí)驗(yàn)材料如圖 3-2 所示。

圖 3-2 錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)材料Figure 3-2 Pull-out test materials MZ-II 型錨桿、錨索安裝裝置將錨桿與特制的內(nèi)徑為 28mm 的在一起，開(kāi)啟 LW-1000 臥式拉力試驗(yàn)機(jī)，啟動(dòng)伺服泵，輸入試，開(kāi)始試驗(yàn)，得到 20×2000mm 螺紋鋼錨桿破斷的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示，加載過(guò)程中的載荷-位移曲線(xiàn)如圖 3-3 所示。由圖可知，錨線(xiàn)上升然后緩慢上升，達(dá)到其屈服強(qiáng)度，最后破斷，受力急劇抗拉載荷為大約 151.8kN，最大抗拉強(qiáng)度約 483.3MPa，屈。表 3-1 20×2000mm 螺紋鋼錨桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表Table 3-1 Experimental data of 20×2000mm screw-thread rockbolt 第一組 第二組 第三組）/MPa 482 483 485 /KN 151.49 151.69 152.24 ReH）/MPa 321 312 312
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD353

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2578373