【摘要】：本文針對(duì)開采沉陷區(qū)的輸電線路中輸電塔基的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象,從適用于煤礦中的可伸長(zhǎng)錨桿力學(xué)特性入手,進(jìn)行了適用于開采沉陷區(qū)輸電塔基的恒阻拉伸抗壓錨桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加固力學(xué)機(jī)理、力學(xué)特性、控制對(duì)策的研究。對(duì)開采沉陷區(qū)輸電塔基典型的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象及其失穩(wěn)破壞特征進(jìn)行了分析研究,根據(jù)開采沉陷區(qū)對(duì)地表變形影響的類型分析,輸電塔基出現(xiàn)了不同的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象,表現(xiàn)出如下破壞特征:整體下沉,不均勻沉降,基礎(chǔ)開裂、錯(cuò)動(dòng),基礎(chǔ)滑移,基礎(chǔ)傾斜。并對(duì)其失穩(wěn)原因進(jìn)行了分析歸納,發(fā)現(xiàn)尤其對(duì)開采沉陷區(qū)而言,不均勻沉降對(duì)基礎(chǔ)的影響尤為顯著。以開采沉陷區(qū)中常用的大板基礎(chǔ)為例,詳細(xì)分析了不均勻沉降對(duì)大板基礎(chǔ)的影響,發(fā)現(xiàn)對(duì)某些開采引起的地表嚴(yán)重不均勻沉降導(dǎo)致的基礎(chǔ)隨之產(chǎn)生的不均勻沉降而言,傳統(tǒng)的剛性調(diào)整措施已不能有效抵抗不均勻沉降對(duì)基礎(chǔ)和桿塔的影響。針對(duì)開采沉陷區(qū)輸電塔基出現(xiàn)的不均勻沉降現(xiàn)象,提出了適用于開采沉陷區(qū)輸電塔基的恒阻拉伸抗壓錨桿的理念,并具體詳細(xì)描述了恒阻拉伸抗壓錨桿的結(jié)構(gòu)組成及其結(jié)構(gòu)特性,錨桿主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括螺母、恒阻裝置、抗壓裝置、球狀體、連接裝置、基礎(chǔ)錨固桿,恒阻拉伸抗壓錨桿與以往普通錨桿相比,集恒定拉力、大拉伸量、強(qiáng)抗壓性、高吸收能量能力的特點(diǎn)于一體,能夠提高在開采沉陷區(qū)輸電桿塔錨桿基礎(chǔ)中錨桿在拉、壓兩方向?qū)A(chǔ)和桿塔的控制調(diào)節(jié)能力,有效抵抗地面不均勻沉降,從而保證輸電塔基的穩(wěn)定性,保障開采沉陷區(qū)輸電線路的安全運(yùn)行。對(duì)恒阻拉伸抗壓錨桿在靜力拉伸實(shí)驗(yàn)、承壓實(shí)驗(yàn)和承壓后拉伸實(shí)驗(yàn)中的工作機(jī)理和力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了分析�？芍�,恒阻拉伸抗壓錨桿在靜力拉伸實(shí)驗(yàn)中經(jīng)歷三個(gè)階段,在第一階段中恒阻拉伸抗壓錨桿所受拉力小于設(shè)計(jì)恒定拉力值,第二階段中阻拉伸抗壓錨桿保持恒定的拉力值且發(fā)生較大的設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量,第三階段中隨著伸長(zhǎng)量達(dá)到錨桿設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量值,桿體運(yùn)動(dòng)至套筒端部即抗壓自鎖裝置部位,隨拉力增大,桿體斷裂,拉力值降為零,至此恒阻拉伸抗壓錨桿靜力拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)束。恒阻拉伸抗壓錨桿在承壓模擬實(shí)驗(yàn)中經(jīng)歷三個(gè)階段,第一個(gè)階段,當(dāng)恒阻拉伸抗壓錨桿所受實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)施加的拉力為零或拉力極小時(shí),錨桿所受拉力也未能使桿體帶動(dòng)鎖片向左運(yùn)動(dòng);第二個(gè)階段,隨著錨桿受到的外界模擬壓力也增大,自鎖裝置與桿體之間所產(chǎn)生的合力用來(lái)抵抗實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拉伸夾持端的拉力,即抵抗錨桿受到的外界模擬壓力;第三個(gè)階段,錨桿受到的外界模擬壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí),停止實(shí)驗(yàn),此時(shí)桿體與抗壓自鎖裝置由于相互之間力的作用而固定在一起。在承壓后拉伸實(shí)驗(yàn)中經(jīng)歷兩個(gè)階段,第一個(gè)階段,因抗壓自鎖裝置與桿體之間有相互作用力,當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)錨桿的拉力較小時(shí),拉力值尚未能夠把桿體從抗壓自鎖裝置中拉出,此時(shí)桿體與抗壓自鎖裝置不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng);第二個(gè)階段,隨著實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拉伸夾持端對(duì)錨桿的拉力逐漸增大,當(dāng)拉力值增大到足以把桿體從抗壓自鎖裝置中拉出時(shí),實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拉力值出現(xiàn)最大值,隨即變小至0,最大拉力值即為能夠拉開承壓時(shí)對(duì)應(yīng)的拉開力的力值。錨桿在承壓與拉伸的反復(fù)實(shí)驗(yàn)中,錨桿反復(fù)經(jīng)歷上述階段,進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)錨桿的承壓和承壓后拉伸力大小的關(guān)系對(duì)錨桿的性能進(jìn)行研究。并對(duì)恒阻拉伸錨桿在開采沉陷區(qū)的大板基礎(chǔ)中的控制機(jī)理進(jìn)行了分析,建立了適用于開采沉陷區(qū)輸電塔基的恒阻拉伸抗壓錨桿及基礎(chǔ)的能量本構(gòu)關(guān)系。通過對(duì)恒阻拉伸抗壓錨桿進(jìn)行單根、多根靜力拉伸實(shí)驗(yàn)、單根模擬抗壓實(shí)驗(yàn)、不同直徑的錨桿承壓實(shí)驗(yàn)以及承壓后拉伸實(shí)驗(yàn),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后得到以下結(jié)論:(1)內(nèi)桿直徑22mm的恒阻拉伸抗壓錨桿充分說明了恒阻拉伸抗壓錨桿的恒阻、大拉伸量特點(diǎn),平均恒阻值達(dá)到了51.87kn,平均伸長(zhǎng)量達(dá)到了571.33mm,靜力拉伸實(shí)驗(yàn)中恒阻拉伸抗壓錨桿恒阻裝置的套筒均有一定的伸長(zhǎng)量,在16.33mm左右,且直徑都有所增大,連接螺母與抗壓裝置端變化很小,中間部分變化較兩端明顯,錨桿拉斷后錨桿套筒部分均未破壞,所以直徑、長(zhǎng)度部分的變化都未對(duì)錨桿的拉伸力學(xué)性能造成影響;錨桿吸收能量平均為44.29kj,恒阻部分平均吸收能量27.91kj,遠(yuǎn)大于普通錨桿的吸收能量值,且隨著錨桿拉伸量越大,吸收能量能力越強(qiáng)。(2)兩根恒阻拉伸抗壓錨桿組合充分說明了恒阻拉伸抗壓錨桿的高恒阻、大拉伸量特點(diǎn),兩根錨桿組合平均恒阻值達(dá)到了102.14kn,平均伸長(zhǎng)量達(dá)到了566.70mm;靜力拉伸實(shí)驗(yàn)中恒阻拉伸抗壓錨桿恒阻裝置的套筒均有一定的伸長(zhǎng)量,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中各錨桿的套筒累計(jì)伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)分析,兩根錨桿拉伸變形不協(xié)調(diào);且直徑都有所增大,連接螺母與鎖具端變化很小,中間部分變化較兩端明顯,錨桿拉斷后錨桿套筒部分均未破壞,所以直徑、長(zhǎng)度部分的變化都未對(duì)錨桿的強(qiáng)度造成影響;兩根錨桿吸收能量平均為54.31kj,遠(yuǎn)大于普通錨桿的吸收能量水平,且隨著錨桿拉伸量越大,吸收能量能力越強(qiáng)。(3)內(nèi)桿直徑22mm的四根恒阻拉伸抗壓錨桿組合充分說明了恒阻拉伸抗壓錨桿的恒阻、大拉伸量的特點(diǎn),四根錨桿組合后平均恒阻值達(dá)到了203.99kn,平均伸長(zhǎng)量達(dá)到了553.60mm;靜力拉伸實(shí)驗(yàn)中恒阻大變形錨桿恒阻裝置的套筒均有一定的伸長(zhǎng)量,在6.9mm左右,且直徑都有所增大,連接螺母與鎖具端變化很小,中間部分變化較兩端明顯,錨桿拉斷后錨桿套筒部分均未破壞,所以直徑、長(zhǎng)度部分的變化都未對(duì)錨桿的強(qiáng)度造成影響;四根錨桿組合后吸收能量平均為107.18kj,遠(yuǎn)大于普通錨桿的吸收能量水平,且隨著錨桿拉伸量越大,吸收能量能力越強(qiáng)。(4)對(duì)于桿體直徑42mm和32mm的恒阻大變形錨桿仍具有恒阻拉伸抗壓錨桿的恒阻、大拉伸量的特點(diǎn),其中桿體直徑為42mm的錨桿恒阻值達(dá)到了139.34KN,伸長(zhǎng)量達(dá)到了646mm,桿體直徑為32mm的錨桿恒阻值達(dá)到了90.25KN,伸長(zhǎng)量達(dá)到了634mm,恒阻值均大于桿體直徑22mm的錨桿(恒阻值平均51.87KN),故隨著桿體直徑增大,恒阻值也提高;靜力拉伸實(shí)驗(yàn)中恒阻拉伸抗壓錨桿恒阻裝置的套筒均有一定的伸長(zhǎng)量,但變化很小,在4mm左右,桿體拉出后錨桿套筒部分均未破壞;錨桿在拉伸過程中均有能量的吸收,其中桿體直徑為42mm的錨桿吸收能量為80.94KJ,桿體直徑為32mm的錨桿吸收能量為54.13KJ,遠(yuǎn)大于普通錨桿的吸收能量水平,且大于桿體直徑為22mm的錨桿,隨著桿體直徑增大,吸收能量能力越強(qiáng)。(5)承壓后拉伸實(shí)驗(yàn)中,錨桿伸長(zhǎng)后能夠通過抗壓裝置自鎖,保持錨桿具有較高的抗壓承載能力,直徑42mm的錨桿可以提供800KN的抗壓力,錨桿的抗壓力隨錨桿直徑的增大而增大;在很小拉力作用下內(nèi)桿就可以從套筒內(nèi)拉出,且承壓力越小,所需的拉開力也越小;錨桿抗壓自鎖裝置可以經(jīng)受反復(fù)拉壓,抗壓自鎖性能不受影響。通過數(shù)值模擬對(duì)濟(jì)三煤礦回采工作面的開挖對(duì)于地表輸電塔基的影響進(jìn)行了分析對(duì)比,對(duì)不同位置的輸電塔基進(jìn)行了對(duì)比分析,其沉降量都超過了規(guī)范值,所采用的大板基礎(chǔ)不能夠提供足夠的調(diào)節(jié)能力,運(yùn)用恒阻拉伸抗壓錨桿后,通過恒阻拉伸抗壓錨桿的支護(hù)后基礎(chǔ)沉降量得到了有效控制,驗(yàn)證了在開采沉陷區(qū)輸電塔基恒阻拉伸抗壓控制對(duì)策的有效性。通過大量系統(tǒng)的研究工作,本文針對(duì)開采沉陷區(qū)的輸電塔基的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象,揭示了開采沉陷區(qū)不均勻沉降下輸電塔基的失穩(wěn)機(jī)理,研發(fā)了適用于開采沉陷區(qū)輸電塔基的恒阻拉伸抗壓錨桿的結(jié)構(gòu),揭示了其加固力學(xué)機(jī)理和能量本構(gòu)關(guān)系,掌握了恒阻拉伸抗壓錨桿的靜荷載下拉伸、抗壓、抗壓后拉伸等力學(xué)特性,形成了開采沉陷區(qū)輸電塔基恒阻拉伸抗壓控制對(duì)策。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU476

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2527390