基于能量分析的錨桿與錨索協(xié)同支護(hù)研究.pdf

1、巖石的變形破壞過(guò)程始終伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，地下工程圍巖體變形失穩(wěn)過(guò)程中能量的變化也貫穿其中，支護(hù)體的施加對(duì)圍巖體的變形失穩(wěn)具有一定的抑制作用，對(duì)圍巖內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也必定存在影響。因此，分析地下工程圍巖體在支護(hù)作用下能量的變化特性，可為巷道圍巖支護(hù)理論和支護(hù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　根據(jù)最低能量原理，任何體系在處于最低能量狀態(tài)時(shí)是最穩(wěn)定的。基于此，本文首先采用理論分析的方法，以Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則為依據(jù)，從能量角度分析

2、圓形巷道開(kāi)挖后巷道圍巖內(nèi)塑性應(yīng)變能和總能量在圍巖中的分布情況及其影響參數(shù)，以及主要影響參數(shù)之間的協(xié)同匹配效應(yīng)；其次，以圍巖能量為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)值模擬方法，分析錨桿與錨索支護(hù)參數(shù)之間的協(xié)同匹配效應(yīng)。本文獲得以下主要結(jié)論：
　?。?）針對(duì)圓形巷道，推導(dǎo)圍巖內(nèi)總能量密度和彈性能密度分布公式，獲得圍巖總能量密度和彈性能密度的變化和分布規(guī)律。
　?。?）通過(guò)分析巷道開(kāi)挖后圍巖能量分布特征，發(fā)現(xiàn)根據(jù)塑性位勢(shì)理論得到的位移分布式不適用于

3、塑性區(qū)，由此位移所求塑性區(qū)總能量在部分范圍內(nèi)小于圍巖彈性能，違背能量守恒定律。
　?。?）影響圍巖彈性能和塑性能的敏感因子是原巖力學(xué)參數(shù)和原巖應(yīng)力，其中，粘聚力相比于內(nèi)摩擦角對(duì)破碎區(qū)圍巖能量影響較大，提高彈性模量可有效減少破碎區(qū)圍巖內(nèi)的能量；增強(qiáng)支護(hù)力可以增加圍巖的彈性能，同時(shí)減少破碎區(qū)圍巖的塑性破壞能及其集聚程度，有利于圍巖穩(wěn)定。
　?。?）增加錨桿預(yù)緊力可以增大巖體的粘聚力，粘聚力的增加可以減少破碎區(qū)范圍，但會(huì)加劇塑性能

4、的集聚，需要配以組合錨索為圍巖提供均布支護(hù)力，減弱圍巖塑性能集聚程度；而粘聚力和支護(hù)力的增加會(huì)提高圍巖的彈性能，需要配以高彈性模量的錨桿、錨索，增加整體的彈性模量，減少圍巖的彈性能和位移，使巷道圍巖處于少破碎、均勻破碎和低能量的穩(wěn)定狀態(tài)。
　?。?）錨索預(yù)緊力是圍巖能量的敏感因子，而錨索長(zhǎng)度對(duì)圍巖能量沒(méi)有影響，考慮到錨固段附加拉應(yīng)力場(chǎng)對(duì)巷道附近圍巖能量的波及，常規(guī)條件下錨索長(zhǎng)度應(yīng)在5m~7.5m之間。
　?。?）組合錨索的支