基于能量分析的錨桿與錨索協同支護研究.pdf

1、巖石的變形破壞過程始終伴隨著能量的轉化和轉移，地下工程圍巖體變形失穩(wěn)過程中能量的變化也貫穿其中，支護體的施加對圍巖體的變形失穩(wěn)具有一定的抑制作用，對圍巖內能量的轉化和轉移也必定存在影響。因此，分析地下工程圍巖體在支護作用下能量的變化特性，可為巷道圍巖支護理論和支護設計提供指導。
　　根據最低能量原理，任何體系在處于最低能量狀態(tài)時是最穩(wěn)定的?；诖?，本文首先采用理論分析的方法，以Mohr-Coulomb屈服準則為依據，從能量角度分析

2、圓形巷道開挖后巷道圍巖內塑性應變能和總能量在圍巖中的分布情況及其影響參數，以及主要影響參數之間的協同匹配效應；其次，以圍巖能量為評判標準，采用數值模擬方法，分析錨桿與錨索支護參數之間的協同匹配效應。本文獲得以下主要結論：
　?。?）針對圓形巷道，推導圍巖內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。
　?。?）通過分析巷道開挖后圍巖能量分布特征，發(fā)現根據塑性位勢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參數和原巖應力，其中，粘聚力相比于內摩擦角對破碎區(qū)圍巖能量影響較大，提高彈性模量可有效減少破碎區(qū)圍巖內的能量；增強支護力可以增加圍巖的彈性能，同時減少破碎區(qū)圍巖的塑性破壞能及其集聚程度，有利于圍巖穩(wěn)定。
　　（4）增加錨桿預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力，減弱圍巖塑性能集聚程度；而粘聚力和支護力的增加會提高圍巖的彈性能，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)。
　?。?）錨索預緊力是圍巖能量的敏感因子，而錨索長度對圍巖能量沒有影響，考慮到錨固段附加拉應力場對巷道附近圍巖能量的波及，常規(guī)條件下錨索長度應在5m~7.5m之間。
　?。?）組合錨索的支