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锚杆受力及对巷道围岩松动圈内岩块连接作用的数值模拟

作　者: 杨春苗
导　师: 孙振武
学　校: 山东科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 面接触砌体梁S-R稳定性理论全长粘结式锚杆锚固体
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

巷道开挖后,围岩会形成一个松动圈,产生卸载现象,松动圈内岩体不再承受上覆岩层的载荷,只承受自身的重力载荷。如果巷道顶板为层状岩体,在松动圈内会形成砌体结构,若砌体结构不能自稳,可向其内部打锚杆帮其稳定。本文基于有限元法模拟了全长粘结式锚杆的受力特点,得到锚杆在拉拔作用下的剪应力分布规律及其与岩性的关系;基于围岩松动圈理论和砌体梁“S-R”稳定性理论,对位于松动圈内岩体卸载形成的砌体结构进行锚杆支护,建立了锚杆支护岩块连接体的数值模型,模拟分析了锚固体中锚杆和岩块的相互作用关系、锚固体应力分布规律和锚杆的受力特点。1)全长粘结式锚杆的最大剪应力数值大且靠近孔口;岩体越坚硬,剪应力分布越集中,岩体越松软,剪应力分布越均匀。2)锚固体的应力分布集中在接触铰点处。通过锚杆的轴向应力分布曲线,说明锚杆受力在连接岩块接触面最大,其它部分较小。对两层锚固体,锚杆受拉应力作用;对三层及三层以上锚固体,两侧锚杆受压应力作用,中间锚杆受拉应力作用。3)通过模拟锚杆受力最大值随岩体弹性模量、粘聚力的变化,归纳出岩体弹性模量与锚杆受力成一定的比例,而粘聚力的大小对锚杆受力状态影响较小,可以忽略。运用锚固体中锚杆的安全状态表达式对模拟得结果进行验算,说明锚固体是稳定的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-21
  1.1 选题的背景和意义  11-12
  1.2 课题的研究历史和现状  12-20
  1.3 本文的主要研究内容及方法  20-21
2 块体接触结构的力学机理  21-32
  2.1 概述  21-22
  2.2 采场上覆岩层结构理论的研究历史和现状  22-24
  2.3 砌体梁的“S-R”稳定性理论  24-27
  2.4 块状离散性岩体的稳定性分析  27-30
  2.5 小结  30-32
3 锚固岩体结构稳定性分析理论  32-40
  3.1 岩体强度准则  32-35
  3.2 锚杆支护结构体破坏机理分析  35-39
  3.3 小结  39-40
4 全长粘结式锚杆的力学分析  40-49
  4.1 锚杆的力学特性  41-42
  4.2 用有限元法分析铰接锚杆单元的粘结力  42-44
  4.3 锚杆力学特性的数值模拟  44-48
  4.4 小结  48-49
5 锚固岩块连接体的数值模拟  49-70
  5.1 力学模型的建立  49-52
  5.2 计算结果及分析  52-69
  5.3 小结  69-70
6 结论与展望  70-72
  6.1 本文的主要结论  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读硕士期间发表的论文  77

锚杆受力及对巷道围岩松动圈内岩块连接作用的数值模拟

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