预紧力对锚固体抗动载冲击能力影响的试验研究

作者

李壮王俊宁建国邱鹏奇杨书浩沈圳
单位

山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学能源与矿业工程学院山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心
摘要

为了探讨锚杆支护体系中预紧力的大小对动载条件下大断面硐室围岩稳定性的影响,采用分离式霍普金森压杆试验研究了不同预紧力作用下锚固体的冲击破坏响应.获得了锚固体的动态应力-应变曲线,分析了预紧力对锚固体动载变形与强度特征的影响,以及冲击破坏过程中裂纹扩展与锚杆动态应变演化特征,探讨了预紧力对锚固体抗动载冲击能力的影响,发现锚杆预紧力改变了锚固体的受力状态与变形特征,锚杆高预紧力能够通过提升锚固体的刚度、强度强化锚固体的抗动载冲击性能.研究结果表明:提高锚杆预紧力有利于提升锚固体刚度及动态承载能力,锚杆预紧力与锚固体刚度强化系数、锚固体抗冲击能力强化系数呈二次函数关系,且当锚杆预紧力超过6 N·m时,锚固体刚度强化系数与抗冲击能力强化系数幅度分别为34%,31.4%;当试验预紧力由0 N·m提升至15 N·m时,锚固体抗动载能力相对增加了2.377倍,同时锚固体刚度提升了1.449倍.高预紧力具有两方面积极作用,一方面为锚固体提供了附加压应力场,改变了锚固体的受力状态,抑制了裂纹激活;另一方面,高预紧力意味着杆体抗拉形成的"轴压紧固"效应更加明显,限制了裂隙面滑移扩展,等效增加了裂纹的等效断裂韧度,具有一定的止裂效应.
关键词

动载冲击预紧力锚固体刚度强化动载强度
基金项目(Foundation)

国家重点研发计划项目（2018YFC0604703）；国家自然科学基金青年基金项目（52074170,51904163）；山东省自然科学基金青年基金项目（ZR2019QEE002）；
文章目录

1 预紧力加锚试件SHPB试验
1.1 试验准备及方案
1.1.1 试验装置
1.1.2 锚固体动态应力-应变获得原理
1.1.3 试件的制备
1.1.4 试验方案设计
2 试验结果与分析
2.1 预紧力对锚固体变形特征影响
2.2 预紧力对锚固体动载强度的影响
2.3 不同预紧力锚固体动载破坏特征
3 讨论
3.1 预紧力对锚固体抗冲击承载能力强化机制
3.2 深部大断面硐室围岩锚固控制建议
4 结论
引用格式

李壮,王俊,宁建国,邱鹏奇,杨书浩,沈圳.预紧力对锚固体抗动载冲击能力影响的试验研究[J].中国矿业大学学报,2021,50(03):459-468.