锚杆受力及对巷道围岩松动圈内岩块连接作用的数值模拟

论文摘要

巷道开挖后,围岩会形成一个松动圈,产生卸载现象,松动圈内岩体不再承受上覆岩层的载荷,只承受自身的重力载荷。如果巷道顶板为层状岩体,在松动圈内会形成砌体结构,若砌体结构不能自稳,可向其内部打锚杆帮其稳定。本文基于有限元法模拟了全长粘结式锚杆的受力特点,得到锚杆在拉拔作用下的剪应力分布规律及其与岩性的关系;基于围岩松动圈理论和砌体梁“S-R”稳定性理论,对位于松动圈内岩体卸载形成的砌体结构进行锚杆支护,建立了锚杆支护岩块连接体的数值模型,模拟分析了锚固体中锚杆和岩块的相互作用关系、锚固体应力分布规律和锚杆的受力特点。1)全长粘结式锚杆的最大剪应力数值大且靠近孔口;岩体越坚硬,剪应力分布越集中,岩体越松软,剪应力分布越均匀。2)锚固体的应力分布集中在接触铰点处。通过锚杆的轴向应力分布曲线,说明锚杆受力在连接岩块接触面最大,其它部分较小。对两层锚固体,锚杆受拉应力作用;对三层及三层以上锚固体,两侧锚杆受压应力作用,中间锚杆受拉应力作用。3)通过模拟锚杆受力最大值随岩体弹性模量、粘聚力的变化,归纳出岩体弹性模量与锚杆受力成一定的比例,而粘聚力的大小对锚杆受力状态影响较小,可以忽略。运用锚固体中锚杆的安全状态表达式对模拟得结果进行验算,说明锚固体是稳定的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 课题的研究历史和现状
• 1.3 本文的主要研究内容及方法
• 2 块体接触结构的力学机理
• 2.1 概述
• 2.2 采场上覆岩层结构理论的研究历史和现状
• 2.3 砌体梁的“S-R”稳定性理论
• 2.4 块状离散性岩体的稳定性分析
• 2.5 小结
• 3 锚固岩体结构稳定性分析理论
• 3.1 岩体强度准则
• 3.2 锚杆支护结构体破坏机理分析
• 3.3 小结
• 4 全长粘结式锚杆的力学分析
• 4.1 锚杆的力学特性
• 4.2 用有限元法分析铰接锚杆单元的粘结力
• 4.3 锚杆力学特性的数值模拟
• 4.4 小结
• 5 锚固岩块连接体的数值模拟
• 5.1 力学模型的建立
• 5.2 计算结果及分析
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文