锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

作者

赵同彬李龙飞邢明录张玉宝王学斌
单位

山东科技大学能源与矿业工程学院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
摘要

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理，量化锚杆支护设计参数，采用三线性粘结滑移模型进行理论分析，对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中，锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究，根据锚固段长度不同，得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明：当锚固长度较短时，界面剪应力存在全长软化阶段；当锚固长度较长时，界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律，锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力，当不考虑脱粘摩擦力时，极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值；当考虑脱粘摩擦力时，增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。
关键词

锚固界面粘结滑移模型剪应力分布极限锚固力锚固长度
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目(52374097,52104137)；山东省泰山学者工程项目(tstp20221126)；
文章目录

1 锚固界面粘结滑移模型
1.1 界面载荷传递基本方程
1.2 三线性粘结滑移模型本构关系
2 锚杆岩体界面载荷传递过程理论分析
2.1 弹性阶段
2.2 弹性-软化阶段
2.3 全长软化阶段
2.4 弹性-软化-摩擦滑移阶段
2.5 软化-摩擦滑移阶段
2.6 全长摩擦滑移阶段
3 锚固界面载荷传递分析
3.1 界面剪应力及锚杆轴力分布
3.2 极限锚固力预计
4 锚固长度设计
5 结论