錨桿支護機理研究

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1、錨桿支護機理研究摘耍：研究了錨桿對巖石的加固機理，分析了錨桿對巖石的錨固作用，對巖體加固工程有很好的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：巖石工程錨桿加固Abstract:thestudyonthereinforcementmechanismofanchoredrock,analysisofboltinrockanchoringrole,ontherockreinforcementengineeringhasaverygoodguide?Keywords:rockengineeringanchorrod中圖分類號：U457+.3文獻標識碼：A文章編號：隨著地下

2、洞室及邊坡支護等工程的發(fā)展，錨桿在巖石工程中的應(yīng)用得到了很人發(fā)展，眾多學(xué)者對錨桿與圍巖的相互作用機理、影響因素以及可能發(fā)生的失穩(wěn)模式進行了深入研究。一、錨桿對巖石的加固作用主要分以下幾種：（1）懸吊理論[1]1952?1962年，Louis.A.Panek經(jīng)過理論分析及實驗室和現(xiàn)場測試，提出錨桿的作用是將軟弱、松動、不穩(wěn)定的土體懸吊到上覆堅碩巖層上（圖2-10）；在軟弱圍巖中，錨桿的作用是直接將頂板的破碎巖石懸吊到其上部的自然平衡拱上（圖2-11）,拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。從圖2-10,2-11可以看出，起懸吊作用的錨桿，主要是提供

3、足夠拉力，用以克服滑落巖土體的重力或下滑力，來維持工程穩(wěn)定。利用懸吊作用進行錨桿支護設(shè)計時，錨桿長度可根據(jù)堅硬巖層的高度或平衡拱的拱高來確眾，錨桿的錨固力及布置可根據(jù)所懸吊巖層的重量來確定。懸吊作用很好的解釋了錨固頂板范圍內(nèi)有堅碩巖層時的錨桿支護。跨度較大的軟巖巷道中，普氏拱高往往超過錨桿長度，懸吊作用難以解釋錨桿支護獲得成功的原因。(2)組合梁理論[2]1952年德國Jacobio等發(fā)表的組合梁作用理論，實質(zhì)上是通過錨桿的徑向力作用將疊合梁的巖層擠緊，增人層間的摩擦力，同時錨桿的抗剪能力也阻止層間錯動，從而將疊合梁轉(zhuǎn)化為組合梁。圖2-12

4、是Jacobio所作的疊合梁試驗，在均布荷載下，組合梁的承載能力是疊合梁的n倍。組合梁理論很好的解釋了層狀巖體錨桿的支護作用，但難以用于錨桿支護設(shè)計。根據(jù)組合梁作用原理，組合梁是保持巖體穩(wěn)定的支護體，但組合梁的承載能力難以計算，組合梁形成和承載的過程中，錨桿的作用難以確定。在組合梁設(shè)計中，采用彈塑性分析得出的最小抗力來確定錨固力，往往難以精確反映軟弱圍巖的情況，同時將錨固力等同于框式支架的徑向支護力也不太確切。(3)減跨理論[3]在懸吊作用理論及組合梁作用理論的基礎(chǔ)上，提出了減跨理論，該理論認為：錨桿末端固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)，穿過薄層狀頂板，每

5、根錨桿相當于一個錢支點，將巷道頂板劃分成小跨，從而是頂板撓度降低，其冒頂高度及頂板下沉量均有人幅度的降低，從而使巷道I韋I巖更加穩(wěn)定，見圖2-13所示。錨桿固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)，距離巷道頂面較遠，其對巷道頂板的懸吊作用并不像簡支梁的支點那樣，垂直位移為零，因而其內(nèi)在缺陷是顯而易見的。⑷組合拱理論[4]早在1955年，T.L.V.Rabcewicz就提出安裝錨桿后使巷道圍巖中形成連續(xù)的壓縮帶（圖2-14）,錨桿的作用是使闈巖中產(chǎn)生一定厚度的壓縮帶承受圍巖壓力的觀點。70年代初美國T.A.Lang和Pender提出錨桿的拱形壓縮帶作用原理，T.A.

6、Lang通過二次元光彈性試驗證實了拱形壓縮帶的存在。與拱形壓縮帶作用相似的還有組合拱作用。拱形壓縮帶理論很好的解釋了軟弱圍巖中錨桿的作用，它與組合梁理論類似，拱形壓縮帶的承載能力還難以確定，且很難與錨桿錨固強度聯(lián)系起來。（5）銷釘作用[5]銷釘作用表現(xiàn)為兩方面：⑴利用錨桿將不穩(wěn)定塊體釘?shù)缴畈糠€(wěn)定的圍巖上；⑵軟巖巷道圍巖常發(fā)生壓剪破壞，破壞了的巖體將沿最不利的滑移面滑動。如沿井巷周邊徑向布置錨桿，由于錨桿與滑移面斜交，錨桿就會起到防剪抗滑作用。利用銷釘作用進行錨桿支護設(shè)計，對于塊狀圍巖的大型麗室,一般采用赤平投影先確定不穩(wěn)定塊體，而后進行錨桿

7、支護設(shè)計。對于普通巷道由于不連續(xù)面的參數(shù)難以獲得，以及計算分析工作量太大而難以進行0對于軟巖巷道，錨固深度不應(yīng)小于剪切滑移鍥體的長度，錨桿間距應(yīng)不超過錨固深度的1/2,錨固力不應(yīng)小于圍巖穩(wěn)定所需的最小支護抗力。軟巖中的銷釘作用是根據(jù)錨桿抵抗剪切滑移破壞提出的，但闈巖破壞形式是復(fù)朵多樣的，尤其是當剪切滑移破壞受到錨桿抑制時，圍巖破壞可能會轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问?，按照剪切滑移破壞設(shè)計的錨桿難以適應(yīng)實際圍巖變形破壞的變化。二、我國學(xué)者根據(jù)主要錨固理論的特點及適用要求，也提出了幾種錨固理論模型，對錨固工程設(shè)計及施工有很好指導(dǎo)作用。（1）孫鈞、宋德彰的理論分

8、析模型采用塑性應(yīng)變軟化木構(gòu)關(guān)系，通過石膏一硅藻土材料三向壓縮試驗,回歸出塑性區(qū)圍巖C、①值隨八面體塑性剪應(yīng)變的衰減規(guī)律；將錨桿的作用簡化為對錨固圍巖從錨桿兩端施加徑向約束力，即提