本文關(guān)鍵詞：巖體錨固失效機理及預(yù)應(yīng)力錨固圍巖承載性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：針對深部高地應(yīng)力環(huán)境與極軟弱地層環(huán)境下的巷道開挖,傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護技術(shù)極易產(chǎn)生失效頻繁、可錨性較差、錨固支護強度低或主動支護效果不足等問題,使錨桿、錨索支護潛力難以充分發(fā)揮,支護系統(tǒng)整體強度降低,不利于巷道圍巖控制,增加潛在不安全因素,也會造成巷道復(fù)修率增加,支護成本升高。針對上述問題,明確錨固支護失效機理,優(yōu)化確定高強錨桿安全合理的支護設(shè)計參數(shù),提出針對性控制措施,對保障上述巷道開挖圍巖穩(wěn)定性及煤炭資源的安全高效開采,具有重要的理論價值及現(xiàn)實意義。本文采用理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗、現(xiàn)場試驗與現(xiàn)場實測相結(jié)合的研究方法,明確了軟弱圍巖錨固體界面漸進失效機理及錨固圍巖破裂機理,揭示了預(yù)應(yīng)力錨固圍巖強化機理及承載性能,提出了適用于高地應(yīng)力環(huán)境巷道開挖的高預(yù)應(yīng)力設(shè)計方法及定量施加技術(shù)。主要研究工作及成果如下：1.軟弱圍巖錨桿錨固體界面力學(xué)承載特性分析針對軟弱圍巖錨桿錨固劑與圍巖之間界面粘結(jié)能力較弱、錨固支護構(gòu)件可錨性較差等問題,考慮錨桿錨固體設(shè)計參數(shù)、界面剪脹效應(yīng)、圍巖強度參數(shù)及圍巖應(yīng)力等因素影響,提出了錨固體界面黏結(jié)強度的理論計算分析方法,揭示了錨固體界面力學(xué)承載特性。軟弱圍巖錨固體界面抗剪能力與圍巖彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角、剪脹角、圍巖應(yīng)力正相關(guān),與錨固體直徑負相關(guān)；通過改善錨固段錨固工藝與采用注漿加固技術(shù),是提高軟弱圍巖錨固支護構(gòu)件可錨性的有效途徑。2.軟弱圍巖錨桿錨固體界面漸進失效機理研究考慮軟弱圍巖錨桿錨固體界面剪脹效應(yīng)與軟化效應(yīng),提出了可有效描述界面“彈性-滑移剪脹-塑性軟化-脫黏”特性的本構(gòu)模型,并基于新提出本構(gòu)模型,建立了錨固體界面漸進失效的全歷程分析方法,得到了界面漸進失效過程中錨固體荷載傳遞規(guī)律及對應(yīng)極限拉拔力大小,揭示了軟弱圍巖錨桿錨固體界面的漸進失效機理。3.預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂機理研究針對預(yù)應(yīng)力錨固圍巖發(fā)生整體剪切破壞工況,考慮巖體破壞的非線性特征,建立了錨固圍巖破裂的力學(xué)分析模型,基于系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化平衡原理,確定了錨固圍巖破裂機制與對應(yīng)極限拉拔力大小。當錨固圍巖發(fā)生整體破壞時,錨固體極限拉拔力大小主要取決于巖體質(zhì)量好壞,隨巖體經(jīng)驗參數(shù)A、抗拉強度、抗壓強度與上覆巖體荷載增加,極限拉拔力不斷增大。4.預(yù)應(yīng)力錨固圍巖力學(xué)效應(yīng)研究根據(jù)錨桿作用疊加原理,建立了不同錨固長度下錨桿-圍巖力學(xué)作用模型,推導(dǎo)出了錨桿桿體及圍巖應(yīng)力分布規(guī)律,并考慮錨桿長度、布設(shè)間距、錨固長度、預(yù)應(yīng)力等4大類因素影響,設(shè)計20種對比方案,開展了錨固圍巖數(shù)值對比試驗,結(jié)合理論分析結(jié)果,揭示了不同錨固方式下圍巖支護力學(xué)效應(yīng)。研究表明：通過施加高預(yù)應(yīng)力,并留設(shè)一定自由段長度,或增加錨桿長度、減小布設(shè)間距,有利于錨桿預(yù)應(yīng)力在圍巖中擴散,可形成有效的錨固圍巖承載結(jié)構(gòu),當錨桿布設(shè)間距較大時,可通過提高預(yù)應(yīng)力、適當減少錨固長度來改善圍巖控制效果。5.預(yù)應(yīng)力錨固圍巖強化機理研究將非全長預(yù)應(yīng)力錨桿對圍巖的支護作用,劃分為錨固段圍巖被動強化區(qū)與自由段圍巖主動強化區(qū),提出了錨固圍巖主動支護強度及被動支護強度的理論計算分析方法,揭示了預(yù)應(yīng)力錨固圍巖的強化機理。為實現(xiàn)錨桿支護潛力的充分發(fā)揮,最優(yōu)的錨桿錨固方式應(yīng)使自由段桿體與錨固段桿體支護潛力均得到最大程度發(fā)揮,具體可采用全長預(yù)應(yīng)力錨固方式(端部錨固、全長充填)來實現(xiàn)。6.錨固圍巖承載性能模型試驗研究研發(fā)了錨固模擬試驗裝置,考慮無錨桿支護與錨桿支護兩種工況作用,開展了錨固圍巖承載性能模型試驗,明確了預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂機制及承載性能,驗證了理論分析成果的正確性。研究表明：采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護可有效提高圍巖峰值、峰后承載能力及整體剛度,限制模型體圍巖的劈裂垮落破壞,使圍巖呈現(xiàn)出一定的延性變形破壞特征。7.預(yù)應(yīng)力錨固支護簡化設(shè)計方法研究及應(yīng)用針對現(xiàn)有錨桿預(yù)應(yīng)力缺乏有效設(shè)計理論的現(xiàn)狀,以深部拱形巷道為例,考慮頂板圍巖破壞的非線性特征及圍巖應(yīng)力與錨桿支護作用,構(gòu)造出頂板圍巖破裂機制,基于上限分析理論,提出了巷道開挖初期頂板錨桿預(yù)應(yīng)力的一種簡化設(shè)計方法,給出了相應(yīng)工程建議措施,并通過現(xiàn)場應(yīng)用實施,驗證了高強預(yù)應(yīng)力支護對頂板圍巖控制效果的優(yōu)越性。8.不同錨固方式下圍巖控制效果現(xiàn)場試驗研究考慮不同錨桿錨固長度及預(yù)應(yīng)力影響,設(shè)計系列對比試驗方案,開展了不同錨固方式下圍巖控制效果現(xiàn)場試驗,通過對各方案圍巖變形破壞特征、錨桿受力特性進行監(jiān)測分析,明確了不同錨固方式下巷道錨桿力學(xué)性能與圍巖控制效果。研究表明：提高預(yù)應(yīng)力是改善圍巖控制效果的有效途徑,在一定條件下,可適當縮減錨桿錨固長度,并不會明顯削弱圍巖控制效果,還可以起到節(jié)約支護成本的作用。9.高預(yù)應(yīng)力定量施加技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用針對現(xiàn)有礦山全螺紋錨桿預(yù)應(yīng)力施加過程中出現(xiàn)的扭矩轉(zhuǎn)化系數(shù)低、螺紋易變形而退錨困難、預(yù)應(yīng)力施加值低且無法定量、片幫后預(yù)應(yīng)力二次施加困難、施工工藝復(fù)雜、勞動強度大等問題,研發(fā)了高預(yù)應(yīng)力定量施加技術(shù),并通過實驗室測試與現(xiàn)場應(yīng)用,驗證了高預(yù)應(yīng)力定量施加技術(shù)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：軟弱圍巖 錨固體 漸進失效機理 極限分析 極限拉拔力 錨固長度 預(yù)應(yīng)力 錨固方式 錨固圍巖承載結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD353
【目錄】：

• 摘要10-13
• ABSTRACT13-17
• 第一章 緒論17-40
• 1.1 選題背景及意義17-20
• 1.2 國內(nèi)外研究進展20-35
• 1.2.1 錨固系統(tǒng)界面荷載傳遞規(guī)律研究20-22
• 1.2.2 錨固系統(tǒng)失效機理研究22-27
• 1.2.3 錨固圍巖承載機理研究27-35
• 1.3 主要研究內(nèi)容與方法35-38
• 1.3.1 軟弱圍巖錨桿錨固體界面力學(xué)承載特性分析35
• 1.3.2 軟弱圍巖錨桿錨固體界面漸進失效機理研究35-36
• 1.3.3 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂機理研究36
• 1.3.4 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖力學(xué)效應(yīng)分析36
• 1.3.5 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖強化機理及承載性能研究36-37
• 1.3.6 預(yù)應(yīng)力錨固支護簡化設(shè)計方法研究及應(yīng)用37
• 1.3.7 高預(yù)應(yīng)力定量施加技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用37-38
• 1.4 研究技術(shù)路線38
• 1.5 研究創(chuàng)新點38-40
• 第二章 軟弱圍巖錨固失效機理研究40-76
• 2.1 引言40
• 2.2 軟弱圍巖錨固體界面力學(xué)承載特性40-43
• 2.2.1 錨固體界面剪脹應(yīng)力41-42
• 2.2.2 鉆孔孔壁圍巖應(yīng)力42-43
• 2.2.3 錨固體界面黏結(jié)強度43
• 2.3 軟弱圍巖錨固體界面漸進失效機理43-56
• 2.3.1 軟弱圍巖錨固體界面粘結(jié)滑移失效本構(gòu)模型44-45
• 2.3.2 軟弱圍巖錨固體界面漸進失效的全歷程分析45-56
• 2.4 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂機理56-64
• 2.4.1 Hoek-Brown強度準則及其相關(guān)聯(lián)流動法則57-59
• 2.4.2 極限分析法59-61
• 2.4.3 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂的極限分析61-64
• 2.5 計算結(jié)果對比分析64-74
• 2.5.1 錨固體界面力學(xué)承載特性影響因素分析64-66
• 2.5.2 錨固體界面漸進破壞特征分析66-71
• 2.5.3 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖破裂特征分析71-74
• 2.6 本章小結(jié)74-76
• 第三章 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖力學(xué)效應(yīng)分析76-99
• 3.1 引言76
• 3.2 不同錨固長度下圍巖力學(xué)作用分析76-89
• 3.2.1 力學(xué)模型建立及求解76-83
• 3.2.2 錨固圍巖力學(xué)效應(yīng)分析83-87
• 3.2.3 與現(xiàn)場試驗結(jié)果對比驗證87-89
• 3.3 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖數(shù)值對比試驗89-97
• 3.3.1 數(shù)值對比試驗方案規(guī)劃89-92
• 3.3.2 計算結(jié)果對比分析92-97
• 3.4 工程建議措施97-98
• 3.5 本章小結(jié)98-99
• 第四章 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖強化機理及承載性能研究99-120
• 4.1 引言99
• 4.2 預(yù)應(yīng)力錨固圍巖強化機理99-104
• 4.3 錨固圍巖承載性能模型試驗104-119
• 4.3.1 模型試驗方案設(shè)計及相似材料選擇104-108
• 4.3.2 模型試驗系統(tǒng)研發(fā)及試驗過程108-116
• 4.3.3 試驗結(jié)果分析116-119
• 4.4 本章小結(jié)119-120
• 第五章 預(yù)應(yīng)力錨固支護簡化設(shè)計方法研究120-128
• 5.1 引言120-121
• 5.2 錨固支護作用下深部巷道頂板冒落破壞上限分析121-125
• 5.2.1 圍巖內(nèi)部能量耗散率求解122
• 5.2.2 外力做功功率求解122-123
• 5.2.3 單根錨桿所需預(yù)應(yīng)力確定123-125
• 5.3 計算結(jié)果對比分析125-127
• 5.4 本章小結(jié)127-128
• 第六章 工程實例研究128-148
• 6.1 引言128
• 6.2 不同錨固方式下圍巖控制效果現(xiàn)場試驗128-142
• 6.2.1 工程概況128-132
• 6.2.2 不同錨固方式對比試驗方案設(shè)計132-133
• 6.2.3 高預(yù)應(yīng)力定量施加裝置研發(fā)及現(xiàn)場實施133-138
• 6.2.4 試驗方案監(jiān)測及分析138-142
• 6.3 軟巖巷道高強預(yù)應(yīng)力支護設(shè)計及應(yīng)用142-147
• 6.3.1 工程概況142-144
• 6.3.2 高強預(yù)應(yīng)力支護方案設(shè)計及實施144-147
• 6.4 本章小結(jié)147-148
• 第七章 結(jié)論與展望148-152
• 7.1 主要結(jié)論148-150
• 7.2 展望150-152
• 參考文獻152-163
• 致謝163-166
• 參與的科研項目166-167
• 發(fā)表的論文167-168
• 申請的專利168
• 獲得的榮譽168-169
• 附件169

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 顧金才;沈俊;陳安敏;明治清;;預(yù)應(yīng)力錨索加固機理與設(shè)計計算方法研究[A];第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

2 何滿潮;;深部開采工程巖石力學(xué)現(xiàn)狀及其展望[A];第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

  本文關(guān)鍵詞：巖體錨固失效機理及預(yù)應(yīng)力錨固圍巖承載性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：379306