及时对锚杆施加较大的预紧力是提高锚杆支护系统刚度的有效途径，为明确预紧力对层状顶板锚杆支护效用的影响及机理，利用FLAC3D的interface单元建立了层状顶板巷道模型，使用pile单元构建仿真锚杆，可模拟锚杆拉、剪、弯、破断、脱锚等力学行为，并实现了预紧力施加。以锚杆预紧力为单一变量，进行了原岩应力作用下不同预紧力锚杆支护效果及机理对比分析。研究表明：随着锚杆预紧力的提高，支护系统的刚度大幅提升，高预紧力锚杆提供的主动约束力不仅可限制结构弱面的张开，还能增大结构面的抗剪强度，抑制结构面活动。主要表征为：一是围岩浅部离层随着预紧力的提高逐步得到控制；二是锚杆最终轴向力与预紧力相比上升幅度逐渐下降；三是锚杆剪切载荷随着预紧力上升逐渐下降。锚杆预紧力较低时，巷道浅部围岩出现大面积拉应力区，失去自承能力；随着锚杆预紧力的提高，围岩拉应力区逐渐减小，浅部围岩处于0～0.5MPa压应力作用下，支护应力场范围内围岩的不连续变形得到有效控制，浅部围岩实现自稳，同时能有效支撑深部岩体。

国家自然科学基金面上资助项目（51774186）；

1 预紧力锚杆支护效果及机理
2 层状顶板巷道模型构建
2.1 模型构建背景
2.2 结构面数值模拟
2.3 层状顶板巷道数值模型
3 锚杆pile单元仿真实现
3.1 pile单元说明
3.2 pile单元预紧力施加方法
4 数值模拟试验
4.1 计算时序
4.2 模拟方案
5 不同预紧力锚杆支护效果及机理对比分析
5.1 垂直位移
5.2 最小主应力
5.3 塑性区和结构面破坏
5.4 预紧力与顶锚杆变形关系
5.5 顶锚杆轴向力
5.6 顶锚杆切向力
6 结论

王子越,姜鹏飞,孟宪志,张占涛.预紧力锚杆支护效果及机理数值对比研究[J].采矿与岩层控制工程学报,2022,4(04):56-66.DOI:10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.20220620.002.