复合顶板锚杆力学特征分析

作     者：王建伟 展勤建 WANG Jianwei;ZHAN Qinjian

作者机构：瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 太原理工大学山西太原030024 广东石油化工学院广东茂名525000 

出 版 物：《中国矿业》 (China Mining Magazine)

年 卷 期：2021年第30卷第8期

页      面：125-132页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目资助(编号:51574226) 广东省自然科学基金项目资助(编号:2018A0303130162) 茂名市科技创新专项资金项目资助(编号:917319) 

主　　题：复合顶板 力学模型 数值模拟 锚杆轴力 分布形态 

摘      要：由于各分层间物理性能差异化分布,复合顶板内锚杆力学特征存在其独特的复杂性,但相关文献却较为鲜见。本文建立、推导了复合顶板内锚杆力学模型,进行了锚固段内锚杆的力学特征分析,有效预测了巷道两侧及顶板内的锚杆位移,为提高巷道支护效果提供支撑,研究手段及结论为复合顶板内锚杆的力学特征分析及支护设计提供一种有效的新途径。本文借鉴桩基础平衡理论的研究成果,通过理论推导、工程案例的MATLAB解析计算及FLAC 3D模拟对比分析,验证了复合顶板内锚杆力学模型的正确性。研究结果表明:复合顶板内锚杆位移、轴力及胶结面上切应力分布形式为分段的指数函数,分段边界为分层交界面位置,轴力在此出现拐点,切应力在此突变;切应力主要出现在两个位置:其一为自由段与锚固段的交界处附近(端锚形式),或为锚杆根部(全锚),其二为剪切模量相对较大的分层下边界位置;随着分层剪切模量增大,其内锚杆胶结面上切应力增大,自上边界至下边界方向,响应程度逐渐增强,同时其他分层内切应力逐渐减小,相对于该分层距离愈大,减小的幅值及幅度愈小。