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學(xué)會(huì)概況
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錨索支護(hù)傳力機(jī)制與應(yīng)力分布的數(shù)值模擬發(fā)布時(shí)間: 2015年5月26日來源: 中國煤炭學(xué)會(huì)目的
預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)已在地下巷道支護(hù)工程中得到大面積推廣應(yīng)用,然而,預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)圍巖體的加固效應(yīng)并未得到深入研究。為了更全面、系統(tǒng)地研究錨索的支護(hù)作用機(jī)理、分析錨索的傳力機(jī)制,以及在巷道圍巖中形成的應(yīng)力場(chǎng)(錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng))分布特征,本文采用三維數(shù)值軟件FLAC3D進(jìn)行錨索支護(hù)作用的數(shù)值模擬,研究錨索長(zhǎng)度、間距、排距、安裝角度、預(yù)緊力大小與鋼梁構(gòu)件因素對(duì)錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響。
方法
采用三維有限差分軟件FLAC3D開展預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)作用的數(shù)值模擬試驗(yàn),設(shè)計(jì)5類影響因素,包含27組模擬方案(錨索預(yù)緊力分別設(shè)為50,100 ,150 ,200 ,250, 300 kN;長(zhǎng)度分別為4,5,6,7,8,10 m;每排錨索數(shù)為1,2,3,4根;排距分別為1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m;錨索與垂線的角度分別為0°,5°,10°,15°,20°,30°),研究不同錨索幾何與力學(xué)參數(shù)(長(zhǎng)度、間距、排距、安裝角度、預(yù)緊力大小與鋼梁構(gòu)件)對(duì)圍巖體加固效應(yīng)的預(yù)應(yīng)力場(chǎng)分布特征。
結(jié)果
(1) 錨索預(yù)緊力比較小時(shí),錨索引起的壓應(yīng)力小,有效壓應(yīng)力區(qū)小,分布孤立;錨索預(yù)緊力比較大時(shí),錨索產(chǎn)生的壓應(yīng)力大,在錨索自由段長(zhǎng)度范圍內(nèi),形成了相互連接成一片的、疊加的有效壓應(yīng)力區(qū)。(2) 當(dāng)預(yù)應(yīng)力一定時(shí),短錨索的主動(dòng)支護(hù)作用要優(yōu)于長(zhǎng)錨索;通過提高錨索預(yù)應(yīng)力,可適當(dāng)減小錨索長(zhǎng)度;錨索越長(zhǎng),要求施加的預(yù)應(yīng)力越大。(3) 單根錨索在其周圍形成了類似“心”形的壓應(yīng)力分布區(qū)域;隨著錨索密度增加,各單根錨索形成的壓應(yīng)力區(qū)逐漸靠近、相互疊加,錨索之間的有效壓應(yīng)力區(qū)擴(kuò)大,并連成一體,近零應(yīng)力區(qū)逐漸消失,形成類似“鼓”形的整體支護(hù)結(jié)構(gòu),錨索預(yù)應(yīng)力及主動(dòng)支護(hù)作用擴(kuò)散到大部分錨固區(qū)域。(4) 頂板錨索安設(shè)角度對(duì)預(yù)應(yīng)力場(chǎng)分布有顯著影響。錨索垂直布置時(shí),預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散與疊加效果最好。隨著錨索安設(shè)角度增加,每根錨索形成的有效壓應(yīng)力區(qū)逐步減小、分離,疊加區(qū)域越來越小。在近水平煤層巷道中,頂板錨索最好垂直布置。(5) 錨索組合鋼梁使預(yù)緊力在巷道表面形成的有效壓應(yīng)力區(qū)在沿組合構(gòu)件長(zhǎng)度方向上顯著擴(kuò)大。
結(jié)論
提出錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的概念,基于零原巖應(yīng)力場(chǎng)的錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng)模擬分析方法,可詳細(xì)地計(jì)算分析錨索預(yù)應(yīng)力及其它參數(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的影響、分布特征與規(guī)律。提高錨索預(yù)緊力、增加支護(hù)密度和垂直煤層布置可顯著增大預(yù)應(yīng)力場(chǎng)擴(kuò)散范圍、增強(qiáng)其對(duì)圍巖的加固效應(yīng)。根據(jù)目前錨索預(yù)應(yīng)力施加水平,錨索不宜過長(zhǎng),選擇在4~6 m比較合理。組合構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了錨索預(yù)應(yīng)力的有效擴(kuò)散,顯著提高了對(duì)錨索之間圍巖的支護(hù)作用。
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