岩石力学课程设计计算2009

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1、北京科技大学资源工程轴对称圆巷喷锚支护设计计算北京科技大学资源工程7北京科技大学资源工程设计某均质岩层中圆形巷道采用喷锚支护。已知巷道掘进断面半径a=4.5m，埋深h=150m，实测得喷锚支护前巷道周边已产生位移Δuob=1.06cm。已知围岩塑性区变形区变形模量E0=1.764×103MPa，泊松比ν=0.5。凝聚力C=0.058MPa，内摩擦角Φ=350。容重r=27KN/m3，侧压系数λ=1。喷射混凝土的弹性模量Ec=1.764×104MPa，泊松比νc=0.17,抗拉强度Sc=19.6MPa，锚杆拟采

2、用16号锰钢，其抗剪强度tb=321.5MPa，抗拉强度St=509.8MPa，弹性模量Eb=1.96×105MPa，锚杆锚固力为15×104N。设计计算步骤1.确定围岩加锚杆后的C1,f1的值设计采用直径为22mm的16号锰钢作为砂浆锚杆，锚杆截面积F=0.00038m2，锚杆均匀布置，纵横间距均取1m，假定f值不变，计算由安装锚杆引起的围岩内聚力的变化值C1。（1）式中：C1——巷道进行锚杆支护后围岩的内聚力；F——锚杆的截面积，cm2;tb——锚杆的抗剪强度，MPa；e——锚杆的间距,m;i——锚杆的排

3、距，m。设计中近似认为围岩的内摩擦角没有变化，即7北京科技大学资源工程f1=f（2）1.计算加锚杆后巷道周边位移(1)计算巷道自重应力（3）(2)计算巷道位移系数IbE0——塑性区的变形模量；初设加锚杆后的支护抗力(3)计算巷道在支护抗力为条件下的塑性区半径（5）其中：——为喷射混凝土的支护抗力，MPa;——为锚杆提供的支护抗力，MPa;——巷道直径，m；(4)计算巷道周边位移（6）2.计算锚杆提供的支护抗力（1）选用锚杆的有效长度L=2m，求巷道松动圈半径Rb。7北京科技大学资源工程（7）（1）效验锚杆的有

4、效长度L，（8）2.57>2>1.47符合要求如果不满足，则要增加锚杆长度。RobaRb松动圈塑性圈锚杆7北京科技大学资源工程（1）校验锚杆的锚固力计算围岩锚固后，锚杆前端围岩的径向位移和锚杆后端围岩的径向位移。RobaRb松动圈塑性圈锚杆UfUbf（9）（10）式中——为支护前巷道周边已产生的位移。由于锚杆被拉升，其拉升长度为-，因此。锚杆中的拉力为Q。拉应力为（11）此时锚杆内所受到的拉应力343.14MPa小于锚杆的抗拉强度509.8MPa,因此锚杆不会发生拉断。比较锚杆中的拉应力7北京科技大学资源工程

5、与锚杆的抗拉强度，若锚杆的拉应力小于抗拉强度则锚杆不被拉断，若锚杆受到的拉应力大与锚杆的强度，可使用高强度锚杆或增加锚杆数量，即减小i,e。（1）计算锚杆的安全系数K1(12)（2）计算锚杆的拉力Q(13)锚杆受到的拉力Q=×F=343.14×0.00038=13×104N，可知锚杆的受到的拉力小于锚杆锚固力15×104N，符合要求。比较锚杆的拉力Q与锚杆最大锚固力，如果Q大于锚杆最大锚固力，则锚杆将失效，减小i，e（3）计算锚杆的支护抗力(14)1.效验喷层厚度（1）计算喷层支护抗力Pi则,（2）初步设计喷

6、层厚度为10cm，取安全系数K3=1.2设计所需的喷层厚度t：(15)式中：Sc——喷层的抗压强度，MPa；要求喷层的计算厚度t7北京科技大学资源工程小于初步设计的喷层厚度，否则增加喷层厚度。1.计算喷层外壁位移ub(16)式中——喷层材料的刚度系数，MPa/m;(17)式中——喷层材料的外半径，m；——喷层材料的内半径，m；——喷层材料的泊松比；——喷层材料的弹性模量，MPa。得到2.喷射混凝土衬砌前巷道周边位移Δu0Δu0=uab–ub=2.21-0.175=2.03cm(18)施工前实测巷道周边位移值与

7、此计算值近似相等，或通过调控能满足Δu0计算值，则计算结束，否则应重新假设，7