自稳隐形拱锚固理论.docx

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1、第1章自稳隐形拱锚固理论§1-1.自稳隐形拱的基本观点准确的分析计算必须建立在准确的岩体参数的基础上，目前情况下在现场要准确确定参数比较困难。特别是针对沉积岩这种结构的层状岩体和经受地质构造应力影响后的不规则多裂隙岩体，参数的确定几乎不可能。因此，数值方法现在在矿山的应用在目前阶段只能作为一种辅助设计和预则设计应用，不能作为设计依据。自稳隐形拱理论的出发点是立足现场，力求用简化的理论方法设计锚杆支护系统参数去适用于现场任何复杂的现场地层情况。解决现场实际问题。因此，采用了极限推测方法确定巷道围岩的不稳定区域并设计锚杆控制范围。以达到巷道围岩有效安全控制的目的。自稳隐形拱理论最初是研究巷道顶

2、板稳定机理，现在已经成为巷道支护的一种新的理论体系。自稳隐形拱锚固理论研究巷道围岩的稳定机理，研究锚杆的作用机理，研究解决围岩体稳定的机理，研究锚网支护体系设计原理和确定锚固构件设计方法。这是一个全面解决锚固问题的理论体系。自稳隐形拱理论的出发点是：立足现场，力求用简化的理论方法设计锚杆支护系统参数去适用于现场任何复杂地层情况。1-1.1.自稳隐形拱理论体系构成自稳隐形拱锚固理论诠释以下完整的原理体系：l揭露采矿工程中巷道围岩的稳定机理——以极限推断原理预测巷道围岩的最大不稳定区域l圈定巷道围岩不稳定范围——顶板的最大不稳定界面是极限自稳隐形拱，帮部的最大不稳定区是从巷道脚部斜向上45°l

3、提出提高巷道稳定性方案——锚杆（索）必须具备一定的初锚力才能达到锚固效果l揭露锚杆支护实质机理——锚杆的作用是克服岩体抗拉强度低的缺陷，他可以制约一定小范围岩体产生分离。帮锚杆的作用是消除极限自稳隐形拱，顶锚杆的作用是逐级缩小自稳隐形拱。l提出现场实用的锚杆设计方法——帮锚杆长度应该大于巷道高度的一半，顶部最少有一个锚杆（索）超过极限自稳隐形拱1-1.2.自稳隐形拱理论内涵l围岩稳定本质——指出巷道围岩的稳定性与支护方式无关。巷道是否稳定是由围岩的特性及巷道自身所处的采掘关系确定的；l围岩不稳定区的有限性——对围岩不稳定区进行了界定l锚杆的作用实质——锚杆之所以能对巷道围岩起到支护作用，是

4、因为围岩自身具有自我承载能力并能自我稳定。指出了锚杆作用的局限性。u锚杆的锚固作用只是限制一定范围岩体使其保持协调变形。u锚杆的力学原理是提高围岩体局部塑性破坏后的承载能力。l围岩支护原理——指出支护范围的有限性。有限性表现在防止围岩局部突变上，而不需要支护整个围岩体破坏区域。l有效的锚固范围——过大范围的支护可能引起应力集中，并不利于围岩稳定从以上观点总结为：巷道围岩开挖后自我寻找平衡达到稳定。稳定的程度与地质条件和工程条件相关。松散破碎的围岩也会自稳，即使是松散介质，当这种介质的基本结构体互相咬合也能达到相对稳定平衡。这称之为巷道的自稳现象。对巷道的支护就是对巷道在达到相对稳定平衡过程

5、中出现的片帮冒顶的维护，保证在这一过程中只出现变形而不出现片帮冒落。因此，锚杆支护工作只是保护一定范围围岩的这种相互咬合。影响围岩稳定的因素是那些围岩体中存在拉应力的单元；产生塑性破坏的岩体在大多数情况下仍然视为岩体的承载主体；围岩顶板的稳定是由于巷道顶板中存在有自稳隐形拱。自稳隐形拱是地下空间上部稳定区域的界面。自稳隐形拱将地应力分散到巷道两帮。在巷道的维护中，顶部与帮部的维护是一对对立统一体。尽管人们提出护顶先护帮是支护的基本。然而，顶部使用锚杆的“预应力”支护也能有效的将顶部压力转向两帮深部，当帮部得到有效支护时最终还是以顶的维护为重中之重。研究顶部的应力状况及岩体稳定状态是支护顶部

6、的前提。自稳隐形拱理论描述巷道顶部的自稳机理，提出自稳隐形拱‘承载’垂直地应力的假说。并且提出锚杆降低自稳隐形拱的原理，以此为基础来设计锚杆支护参数。这是非常重要的设计观点。1-1.1.围岩稳定性分析我们已经知道了巷道围岩使用锚杆支护的本质是围岩自身具有稳定性，那么，对围岩稳定性的研究将是具有十分重要的意义。破裂角图11巷道帮部破裂趋势巷道围岩稳定问题的研究是一个十分复杂的问题，随着力学方法的不断进展，人们现在能够比较准确的解决地下工程的计算分析。但是，准确的分析计算必须建立在准确的岩体参数的基础上，目前情况现场要准确确定参数比较困难。为了解决实际问题，我们抛开岩体力学的精确数据，遵从锚

7、杆支护的基本观点，主要分析围岩体的失稳范围。1-1.1.巷道两帮稳定机理在岩体受压试件破坏的试验中，对于受压面阻力不同产生的破坏结果不同。我们注意到，对于受压面具有较大摩擦阻力的试验中在试件破坏时的破裂面总是沿着与受压方向约成45°的方向裂开。这是因为岩壁破坏滑移线的切线夹角。对于特别软弱的岩石来说，这种破坏的极限会顺45°发展。巷道两帮的受力是在经受大到岩体抗剪强度级的摩擦力情况下的单自由面的抗压状态，其破裂趋势面如图