为探究锚杆在复合顶板岩层中的受力分布特征,以2种岩层形成的复合顶板为例,考虑复合顶板力学性质和岩层厚度对锚固体受力分布的影响,构建复合顶板锚杆受力分布模型,分析复合顶板锚杆在受拉作用下的剪切位移、轴力和剪应力分布特征,揭示锚固体受力变形特征受岩层力学性质和厚度影响的变化规律。结果显示:锚固体在岩层之间的接触面处存在剪切位移和剪应力的突变,从而造成复合顶板易沿接触面区域产生拉伸破坏;此外,上位岩层与直接顶部岩层之间弹性模量比值越大,锚固体受力变形越集中,且越靠近接触面;直接顶板岩层厚度越大,复合顶板的剪应力和剪切位移最大值越靠近直接顶板岩层。基于复合顶板锚杆的受力分布,定义剪应力残余系数,建立复合顶板锚杆临界锚固长度计算模型。当剪应力残余系数一定时,计算得到的临界锚固长度随顶板厚度增加而增长。最后通过复合岩层锚杆受拉数值模拟对比分析,锚杆的受力变形特征及求取的临界锚固长度与理论计算结果具有一致性,检验了理论计算结果的合理性。

国家自然科学基金项目(51704213)；

1 复合顶板锚杆受力分布模型
1.1 锚固体受力分布模型
1.2 锚固体受力变形特征分析
2 岩层力学性质和厚度对锚固体受力影响分析
2.1 岩层力学性质
2.2 岩层厚度
3 复合顶板锚杆临界锚固长度计算模型
4 复合岩层锚杆受拉数值模拟对比分析
5 结论

陈虎,叶义成,胡南燕,陈团团,刘伟,胡火明.复合顶板锚杆受力特征及临界长度研究[J].采矿与安全工程学报,2020,37(06):1162-1170.