锚杆支护机理研究

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1、锚杆支护机理研究摘耍：研究了锚杆对岩石的加固机理，分析了锚杆对岩石的锚固作用，对岩体加固工程有很好的指导作用。关键词：岩石工程锚杆加固Abstract:thestudyonthereinforcementmechanismofanchoredrock,analysisofboltinrockanchoringrole,ontherockreinforcementengineeringhasaverygoodguide・Keywords:rockengineeringanchorrod中图分类号：U457+.3文献标识码：A文章编号：随着地下

2、洞室及边坡支护等工程的发展，锚杆在岩石工程中的应用得到了很人发展，众多学者对锚杆与围岩的相互作用机理、影响因素以及可能发生的失稳模式进行了深入研究。一、锚杆对岩石的加固作用主要分以下几种：（1）悬吊理论[1]1952〜1962年，Louis.A.Panek经过理论分析及实验室和现场测试，提出锚杆的作用是将软弱、松动、不稳定的土体悬吊到上覆坚硕岩层上（图2-10）；在软弱围岩中，锚杆的作用是直接将顶板的破碎岩石悬吊到其上部的自然平衡拱上（图2-11）,拱高可采用普氏的压力拱理论估算。从图2-10,2-11可以看出，起悬吊作用的锚杆，主要是提供

3、足够拉力，用以克服滑落岩土体的重力或下滑力，來维持工程稳定。利用悬吊作用进行锚杆支护设计时，锚杆长度可根据坚硬岩层的高度或平衡拱的拱高来确眾，锚杆的锚固力及布置可根据所悬吊岩层的重量来确定。悬吊作用很好的解释了锚固顶板范围内有坚硕岩层时的锚杆支护。跨度较大的软岩巷道中，普氏拱高往往超过锚杆长度，悬吊作用难以解释锚杆支护获得成功的原因。(2)组合梁理论[2]1952年德国Jacobio等发表的组合梁作用理论，实质上是通过锚杆的径向力作用将叠合梁的岩层挤紧，增人层间的摩擦力，同时锚杆的抗剪能力也阻止层间错动，从而将叠合梁转化为组合梁。图2-12

4、是Jacobio所作的叠合梁试验，在均布荷载下，组合梁的承载能力是叠合梁的n倍。组合梁理论很好的解释了层状岩体锚杆的支护作用，但难以用于锚杆支护设计。根据组合梁作用原理，组合梁是保持岩体稳定的支护体，但组合梁的承载能力难以计算，组合梁形成和承载的过程中，锚杆的作用难以确定。在组合梁设计中，采用弹塑性分析得出的最小抗力来确定锚固力，往往难以精确反映软弱围岩的情况，同时将锚固力等同于框式支架的径向支护力也不太确切。(3)减跨理论[3]在悬吊作用理论及组合梁作用理论的基础上，提出了减跨理论，该理论认为：锚杆末端固定在稳定岩层内，穿过薄层状顶板，每

5、根锚杆相当于一个钱支点，将巷道顶板划分成小跨，从而是顶板挠度降低，其冒顶高度及顶板下沉量均有人幅度的降低，从而使巷道I韦I岩更加稳定，见图2-13所示。锚杆固定在稳定岩层内，距离巷道顶面较远，其对巷道顶板的悬吊作用并不像简支梁的支点那样，垂直位移为零，因而其内在缺陷是显而易见的。⑷组合拱理论[4]早在1955年，T.L.V.Rabcewicz就提出安装锚杆后使巷道围岩中形成连续的压缩带（图2-14）,锚杆的作用是使闱岩中产生一定厚度的压缩带承受围岩压力的观点。70年代初美国T.A.Lang和Pender提出锚杆的拱形压缩带作用原理，T.A.

6、Lang通过二次元光弹性试验证实了拱形压缩带的存在。与拱形压缩带作用相似的还有组合拱作用。拱形压缩带理论很好的解释了软弱围岩中锚杆的作用，它与组合梁理论类似，拱形压缩带的承载能力还难以确定，且很难与锚杆锚固强度联系起来。（5）销钉作用[5]销钉作用表现为两方面：⑴利用锚杆将不稳定块体钉到深部稳定的围岩上；⑵软岩巷道围岩常发生压剪破坏，破坏了的岩体将沿最不利的滑移面滑动。如沿井巷周边径向布置锚杆，由于锚杆与滑移面斜交，锚杆就会起到防剪抗滑作用。利用销钉作用进行锚杆支护设计，对于块状围岩的大型丽室,一般采用赤平投影先确定不稳定块体，而后进行锚杆

7、支护设计。对于普通巷道由于不连续面的参数难以获得，以及计算分析工作量太大而难以进行0对于软岩巷道，锚固深度不应小于剪切滑移锲体的长度，锚杆间距应不超过锚固深度的1/2,锚固力不应小于围岩稳定所需的最小支护抗力。软岩中的销钉作用是根据锚杆抵抗剪切滑移破坏提出的，但闱岩破坏形式是复朵多样的，尤其是当剪切滑移破坏受到锚杆抑制时，围岩破坏可能会转变为其它形式，按照剪切滑移破坏设计的锚杆难以适应实际围岩变形破坏的变化。二、我国学者根据主要锚固理论的特点及适用要求，也提出了几种锚固理论模型，对锚固工程设计及施工有很好指导作用。（1）孙钧、宋德彰的理论分

8、析模型采用塑性应变软化木构关系，通过石膏一硅藻土材料三向压缩试验,回归出塑性区围岩C、①值随八面体塑性剪应变的衰减规律；将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆两端施加径向约束力，即提