基于熱力耦合效應(yīng)的錨固材料力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著采礦深度的增加，深部圍巖處在高地溫、高應(yīng)力的復(fù)雜環(huán)境，支護(hù)材料的力學(xué)特性更加復(fù)雜，巷道支護(hù)體系的非線性變形現(xiàn)象普遍存在。巷道支護(hù)體系的破壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，產(chǎn)生的災(zāi)害事故日益增多，對(duì)巷道支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，面對(duì)這樣的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)錨固系統(tǒng)的樹脂錨桿進(jìn)行歸類，分析樹脂錨固的錨固機(jī)理，研究樹脂錨固的破壞類型及失效機(jī)理，為樹脂錨固支護(hù)體系提供有力的理論基礎(chǔ)。
　　針對(duì)高地溫、高應(yīng)力的復(fù)雜地質(zhì)條件，熱力耦合問題與工程實(shí)際

2、相結(jié)合，探討了熱力耦合問題的分析方法。依據(jù)熱力耦合效應(yīng)分析原理，研究在熱力耦合作用下錨固材料的力學(xué)特性隨溫度變化的規(guī)律。采用不同恒溫環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)，模擬實(shí)際樹脂錨桿支護(hù)系統(tǒng)中的錨固材料的力學(xué)行為，找出不同恒溫環(huán)境下樹脂錨固支護(hù)體系的失效機(jī)理及變形破壞影響因素。試驗(yàn)結(jié)果表明:在恒溫40℃環(huán)境中，A組拉拔力峰值的平均值為25KN，剪應(yīng)力為35.4MPa;在恒溫60℃環(huán)境中，B組拉拔力峰值的平均值為24KN，剪應(yīng)力為34MPa;在恒溫8

3、0℃環(huán)境中，C組拉拔力峰值的平均值為23KN，剪應(yīng)力為33MPa;在恒溫100℃環(huán)境中，D組拉拔力峰值的平均值為19KN，剪應(yīng)力為27.3MPa。在熱力耦合效應(yīng)下，樹脂錨固材料的粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，鋼筋的拉拔力與溫度的升高呈指數(shù)下降。低溫下拉拔力的衰減速率為4％，剪應(yīng)力的衰減速率為3.45％，高溫下拉拔力的衰減速率為17.4％，剪應(yīng)力衰減速率為17.3％，溫度越高拉拔力衰減的越快。
　　最后運(yùn)用數(shù)值模擬計(jì)算分析，錨固材料基

4、本遵循線性彈塑性本構(gòu)關(guān)系，施加溫度和拉力荷載，運(yùn)用ANSYS對(duì)熱力耦合效應(yīng)的錨固材料力學(xué)特性進(jìn)行分析計(jì)算，調(diào)取計(jì)算結(jié)果可以看出:在熱力耦合效應(yīng)下樹脂錨固材料的屈服強(qiáng)度也隨著溫度的升高而呈指數(shù)降低。在恒溫40℃的環(huán)境下，錨固材料拉剪破壞時(shí)的剪應(yīng)力達(dá)到38MPa;在恒溫60℃的環(huán)境下，錨固材料拉剪破壞時(shí)的剪應(yīng)力達(dá)到30MPa。與實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)結(jié)果的屈服強(qiáng)度相差6.8％。溫度的升高，錨固材料會(huì)發(fā)生線性膨脹變形，錨固材料的應(yīng)力增加，外面模擬鉆孔