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1、錨桿支護(hù)理論錨桿支護(hù)理論研究的目的是弄清楚錨桿、錨索與圍巖之間的相互作用關(guān)系,從而為錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。第一節(jié)錨桿支護(hù)構(gòu)件的作用錨桿支護(hù)由錨桿桿體、托板和螺母、錨固劑、鋼帶及金屬網(wǎng)等構(gòu)件組成,錨桿支護(hù)的作用是由這些構(gòu)件共同完成的。一、錨桿桿體的作用對(duì)于錨桿桿體本身來說,由于桿體長(zhǎng)度方向的尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向的尺寸,所以力學(xué)上屬于桿體。這種構(gòu)件主要可以提供兩方面的作用,一是抗拉,二是抗剪。至于桿體的抗彎能力和抗壓能力是非常小,可忽略不計(jì)。1、錨桿的抗拉作用錨桿桿體所能承受的拉斷載荷計(jì)算:式中P—錨桿拉斷載荷,N;d—錨桿直徑,mm;—
2、錨桿鋼材抗拉強(qiáng)度。2、錨桿的抗剪作用錨桿桿體所能承受的剪切載荷計(jì)算:式中Q—錨桿剪切載荷,N;d—錨桿直徑,mm;—錨桿鋼材剪切強(qiáng)度。二、錨桿托板的作用一是通過給螺母施加一定的扭矩使托板壓緊巷道表面,給錨桿提供預(yù)緊力,并使預(yù)緊力擴(kuò)散到錨桿周圍的煤巖體中,從而改善圍巖應(yīng)力狀態(tài),抑制圍巖離層、結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)和節(jié)理裂隙的張開,實(shí)現(xiàn)錨桿的主動(dòng)、及時(shí)支護(hù)作用;二是圍巖變形使載荷作用于托板上,通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體,增大錨桿的工作阻力,充分發(fā)揮錨桿控制圍巖變形的作用。托板力學(xué)性能應(yīng)與錨桿桿體的性能匹配,才能充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用。托板強(qiáng)度不足、安裝質(zhì)
3、量差、受較大偏載都會(huì)顯著降低錨桿的作用。對(duì)于端部錨固錨桿,托板是錨桿尾部接觸圍巖的構(gòu)件,通過托板給錨桿施加預(yù)緊力,傳遞圍巖載荷至錨桿桿體,托板本身失效,以及托板下方的圍巖松散脫落,導(dǎo)致托板與表面不緊貼,都會(huì)使錨桿失去支護(hù)作用。托板對(duì)全長(zhǎng)錨固錨桿的受力分布有明顯的影響。無托板時(shí)錨桿軸力在巷道表面處為零,在一定深度達(dá)到最大值,剪力在軸力最大處為零;有托板時(shí),由于錨桿施加的預(yù)緊力和圍巖通過托板作用在錨桿桿體上的力,使得錨桿軸力在巷道表面處達(dá)到一定值,而且使錨桿軸力最大的位置向孔口移動(dòng),更接近巷道表面。三、錨固劑的作用錨固劑的作用是將鉆孔孔壁巖石與
4、桿體粘結(jié)在一起,使錨桿發(fā)揮支護(hù)作用。同時(shí)錨固劑也具有一定的抗剪與抗拉能力,與錨桿共同加固圍巖。1、錨固劑的粘結(jié)作用在拉拔作用下,桿體錨固段剪應(yīng)力分布為負(fù)指數(shù)曲線。2、錨固劑的抗拉與抗剪作用我國樹脂錨固劑的抗拉強(qiáng)度一般可取11.5MPa,抗剪強(qiáng)度一般可取35MPa。3、端部錨固與全長(zhǎng)錨固的區(qū)別對(duì)于端部錨固錨桿,錨固劑的作用在于提供粘結(jié)力,使錨桿能承受一定的拉力。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿,錨固劑的作用比較復(fù)雜,主要有兩方面:將錨桿桿體與鉆孔孔壁粘結(jié)在一起,使錨桿隨著巖層移動(dòng)承受拉力。當(dāng)巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí),與桿體共同起抗剪作用,阻止巖層發(fā)生滑動(dòng)。對(duì)于端部錨固
5、錨桿,桿體各部位的應(yīng)力和應(yīng)變相等。在錨固范圍內(nèi),任何部位巖層的離層都均勻地分散到整個(gè)桿體的長(zhǎng)度上,導(dǎo)致桿體受力對(duì)圍巖變形和離層不敏感,支護(hù)強(qiáng)度低。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿,這種分散是不可能的,致使應(yīng)力、應(yīng)變沿錨桿長(zhǎng)度方向分布極不均勻,離層和滑動(dòng)大的部位錨桿受力很大,桿體受力對(duì)圍巖變形和離層很敏感,能及時(shí)抑制圍巖離層滑動(dòng),支護(hù)強(qiáng)度高。這是端部錨固錨桿與全長(zhǎng)錨固錨桿的根本區(qū)別。四、鋼帶的作用鋼帶是錨桿支護(hù)系統(tǒng)中的重要構(gòu)件,對(duì)提高錨桿支護(hù)整體支護(hù)效果、保持圍巖的完整性起著關(guān)鍵作用。其作用主要表現(xiàn)在以下3方面:1、錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴(kuò)散作用。2、支護(hù)巷道
6、表面,改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用。3、均衡錨桿受力,提高整體支護(hù)作用。五、網(wǎng)的作用1、維護(hù)錨桿之間的圍巖,防止破碎巖塊垮落。2、緊貼巷道表面,提供一定的支護(hù)力,一定程度上改善巷道表面巖層受力狀態(tài)。同時(shí),將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿,形成整體支護(hù)系統(tǒng)。3、網(wǎng)不僅能有效控制巷道淺部圍巖的變形和破壞,而且對(duì)深部圍巖也有良好的支護(hù)作用。有的巷道雖然表面圍巖已破壞,但沒有松散、垮落,網(wǎng)作為傳力介質(zhì),使巷道深部圍巖仍處于三向應(yīng)力狀態(tài),提高巖體的殘余強(qiáng)度,顯著減小圍巖松散、破碎區(qū)范圍,同時(shí)保證了錨桿的錨固效果。第二節(jié)錨桿支護(hù)理論錨桿支護(hù)是一種主動(dòng)支護(hù)形式,它
7、是通過錨桿及其輔助構(gòu)件與錨固范圍的圍巖形成錨固結(jié)構(gòu)體,利用錨桿的橫向作用提高錨固范圍巖體的強(qiáng)度參數(shù),錨桿的軸向作用改變錨固范圍巖體的應(yīng)力狀態(tài),從而達(dá)到提高巷道穩(wěn)定性的目的。隨著錨桿支護(hù)工程實(shí)踐的不斷豐富,錨桿支護(hù)的理論計(jì)算模型已有許多有價(jià)值的成果。這些理論都是以一定的假說為基礎(chǔ)的,各自從不同的角度、不同的條件闡述錨桿支護(hù)的作用機(jī)理,而且力學(xué)模型簡(jiǎn)單,計(jì)算方法簡(jiǎn)便易懂,適用于不同的圍巖條件,得到了國內(nèi)外的承認(rèn)和應(yīng)用。目前,較成熟的理論主要可歸納為三大類:一、基于錨桿的懸吊作用而提出的懸吊理論、減跨理論。1、懸吊理論錨桿上端錨固在圍巖內(nèi)部較堅(jiān)硬
8、的巖石中,把一層或幾層穩(wěn)定(或不穩(wěn)定)且比較平而薄的直接頂板通過錨桿下端的托板及螺栓,錨固在比較堅(jiān)硬的巖層上,從而起到了懸吊作用。錨桿的懸吊作用理論能很好地解釋錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)存在