本文關(guān)鍵詞：層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)承載特性及失穩(wěn)機理研究

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【摘要】：對于巷道頂板層狀巖體,由于受結(jié)構(gòu)面的影響,其力學特性和破壞模式明顯不同于完整巖體結(jié)構(gòu),極易發(fā)生沿層理面的滑移錯動和離層,導致冒頂失穩(wěn)。而錨桿支護作為巷道圍巖穩(wěn)定控制的重要手段,其錨固效果是顯著的,但對于其加固作用機理至今沒有一個統(tǒng)一的認識,尤其是錨桿對層狀巖體加固作用機理更是少有研究。因此,本文以煤巷頂板層狀巖體為研究對象,綜合采用室內(nèi)物理模型試驗、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法,對不同結(jié)構(gòu)面力學特性、幾何特征以及不同支護條件下層狀巖體錨固特性進行研究,并對不同受力狀態(tài)下層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)失穩(wěn)判據(jù)進行了探討。主要研究成果如下:(1)基于物理模型試驗,得到了結(jié)構(gòu)面力學特性、幾何特征及錨固方式對層狀加錨巖體承載特性影響規(guī)律。巖層越厚、層間粘結(jié)力越高,加錨巖體1次峰值強度、彈性模量和割線模量均越高,同時峰后應變軟化特性也越明顯;加錨巖體峰后二次承載能力受巖層厚度和層間粘結(jié)力影響較小,主要由支護參數(shù)決定,支護密度越高、錨固段越長,加錨巖體2次峰值強度也越高。(2)巖體壓縮過程中,錨桿軸力變化曲線可以分為:緩慢增長階段、快速增長階段、強化階段、穩(wěn)定階段和失效階段。1次峰值點錨桿軸力大小和增速表明,巖層越厚、層間粘結(jié)力越高,峰值前錨桿作用效果越不明顯,而增加錨固段長度可以提高峰值前錨桿作用效果,限制裂隙的擴展和貫通,從而提高巖體峰后塑性特征。(3)數(shù)值分析結(jié)果表明不同支護條件下層狀巖體破壞模式存在顯著差異,主要包括:壓屈破壞、混合破壞和整體剪切破壞。高密度和高預緊力條件下,錨桿支護可以有效抑制層理面的滑移錯動,將各層巖體加固為一個整體,從而使層狀巖體由壓屈破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐?而剪切破壞是一種有利的破壞形式。(4)錨固應力場改變了巖體的受力特征,是形成錨固結(jié)構(gòu),改變其承載特性的根本原因。對錨固應力場演化特征分析表明:錨桿密度越高,錨固應力場越大且分布均勻,從而將各層巖體加固為整體,有效抑制了巖體向臨空面的壓屈變形,進而提高其承載能力;通過施加預緊力可以顯著提高峰值前錨固應力場大小,而峰后階段錨固應力場大小受預緊力影響較小,因此預緊力對巖體峰前承載特性影響程度高于峰后階段。(5)基于突變理論,對不同受力狀態(tài)下層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機理進行研究,分別給出了單層巖體壓屈失穩(wěn)、錨固結(jié)構(gòu)剪切失穩(wěn)以及錨固梁拱結(jié)構(gòu)彎曲失穩(wěn)的臨界條件,并對各種失穩(wěn)狀態(tài)下錨桿加固作用機理進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：層狀巖體 承載特性 錨桿支護 突變理論 失穩(wěn)機理
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD353
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 變量注釋表19-20
• 1 緒論20-27
• 1.1 問題的提出20-21
• 1.2 研究現(xiàn)狀分析21-25
• 1.3 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線25-27
• 2 層狀巖體錨固力學特性試驗研究27-54
• 2.1 試驗總體設(shè)計27-35
• 2.2 錨固體強度特征分析35-45
• 2.3 錨固體變形特征分析45-48
• 2.4 錨桿受力特征分析48-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 3 層狀巖體錨固力學特性數(shù)值模擬研究54-84
• 3.1 數(shù)值模型建立54-58
• 3.2 錨固體強度特征分析58-63
• 3.3 錨固體變形特征分析63-76
• 3.4 錨固應力場分析76-80
• 3.5 錨固體破壞特征分析80-83
• 3.6 本章小結(jié)83-84
• 4 基于突變理論的層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究84-101
• 4.1 突變理論簡介84-85
• 4.2 層狀巖體失穩(wěn)模式85-86
• 4.3 層狀巖體壓屈失穩(wěn)分析86-92
• 4.4 層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)剪切失穩(wěn)分析92-97
• 4.5 層狀巖體錨固結(jié)構(gòu)彎曲失穩(wěn)分析97-100
• 4.6 本章小結(jié)100-101
• 5 結(jié)論與展望101-104
• 5.1 結(jié)論101-103
• 5.2 展望103-104
• 參考文獻104-111
• 作者簡歷111-113
• 學位論文數(shù)據(jù)集113

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本文編號：578532